Genetic maps are useful tools in breeding programs and evolutionary studies. Since the publication of the first map, several concepts have been proposed and implemented in various mapping software. Each software presents different characteristics for the construction of maps. For example, aspects such as availability of source code, licenses, tutorials, and operating system need to be considered. There are also important points related to the statistical methods employed. In this context, the users\' choice can often be a complicated task. The objectives here were: i) to present the main software with free licenses developed in recent years; ii) construct linkage maps using these software and, iii) evaluate them from the point of view of users. The software considered were: OneMap, Lep-MAP, HighMap, Lep-MAP2, Flipper, Lep-MAP3, ASMap, and GUSMap. This work can guide researchers about the free tools available to construct genetic maps. / Mapas genéticos são ferramentas úteis em programas de melhoramento e em estudos evolutivos. Desde a publicação do primeiro mapa, vários conceitos foram propostos e implementados em vários softwares de mapeamento. Cada software apresenta diferentes características para construção de mapas. Por exemplo, aspectos como disponibilidade do código fonte, licenças, tutoriais e sistema operacional precisam ser considerados. Há ainda pontos importantes relacionados aos métodos estatísticos empregados. Assim sendo, nem sempre a escolha pelos usuários é uma tarefa simples. Os objetivos aqui foram: i) apresentar os principais softwares com licenças gratuitas desenvolvidos nos últimos anos; ii) construir mapas de ligação utilizando esses programas e iii) avaliá-los do ponto de vista dos usuários. Os softwares considerados foram: OneMap, Lep-MAP, HighMap, Lep-MAP2, Flipper, Lep-MAP3, ASMap e GUSMap. Este trabalho poderá orientar os pesquisadores quanto às ferramentas gratuitas disponíveis para construção de mapas genéticos.

To decrease the computational cost of genetic algorithm optimizations, surrogate models are used during optimization. Online update of surrogate models and repeated exchange of surrogate models with exact model during genetic optimization converts static optimization problems to dynamic ones. However, genetic algorithms fail to converge to the global optimum in dynamic optimization problems. To address these problems, a multiploid genetic algorithm optimization method is proposed. Multi-fidelity surrogate models are assigned to corresponding levels of fitness values to sustain the static optimization problem. Low fidelity fitness values are used to decrease the computational cost. The exact/highest-fidelity model fitness value is used for converging to the global optimum. The algorithm is applied to single and multi-objective turbine blade aerodynamic optimization problems. The design objectives are selected as maximizing the adiabatic efficiency and torque so as to reduce the weight, size and the cost of the gas turbine engine. A 3-D steady Reynolds-Averaged Navier-Stokes solver is coupled with an automated unstructured grid generation tool. The solver is validated by using two well known test cases. Blade geometry is modelled by 37 design variables. Fine and coarse grid solutions are respected as high and low fidelity surrogate models, respectively. One of the test cases is selected as the baseline and is modified in the design process. The effects of input parameters on the performance of the multiploid genetic algorithm are studied. It is demonstrated that the proposed algorithm accelerates the optimization cycle while providing convergence to the global optimum for single and multi-objective problems.

Thesis (MScAgric)--Stellenbosch University, 2011. / ENGLISH ABSTRACT: Abalone production is the largest financial contributor to aquaculture in South Africa and practically all of the abalone produced is exported to Asia. This means that the product must be globally competitive and many technologies have been applied to this cause. One that specifically shows great promise for bivalve mollusc production is triploidy; more precisely, sterility due to the induction of aneuploidy. Under normal maturation, energy is diverted from somatic growth through sexual maturation, therefore inhibiting or retarding gametogenesis through a process such as aneuploidy is expected to increase growth and decrease the time to marketing. Two studies preceding this one investigated the induction of triploidy through hydrostatic shock (De Beer, 2004) and the comparative growth rate of triploid genotypes from 8 to 24 months, prior to the onset of sexual maturation (Schoonbee, 2008). During this comparative growth stage, no convincing statistical evidence of faster growth or of seasonal environmental effects could be obtained. It was recommended that growth between triploid and diploid variants be compared during the age period when sexual maturity becomes a factor to determine whether triploidy in Haliotis midae is a useful biotechnological tool to improve biological productivity and global competiveness of the abalone industry. The growth measured as shell length and wet weight in the period from 29 to 62 months showed a statistically significant difference in mean weight and mean length with diploids showing a superior growth rate compared to their triploid siblings. This difference of 1.99 mm and 5.13 g was however not perceived as being commercially significant. Important production parameters including canning yield percentage and gonadosomatic index were also measured during this trial. For both these parameters, the triploid genotype showed statistically and commercially significant improvement of 10.68% increased canning yield and 28.42% reduction in gonadosomatic index when compared to their diploid counterparts. Triploid abalone was found to be not completely sterile; gametes and even mature gonads were observed in some instances. Even though complete sterility was not achieved there appeared to be a retarded gonadosomatic development in triploid variants. The delay in sexual maturation, together with the improvement in canning yield, may justify triploidy’s commercial application, despite its reduced growth rate. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Perlemoen produksie lewer die grootste finansiële bydra tot akwakultuur in Suid Afrika en feitlik al die Perlemoen word uitgevoer na Asië. Dit beteken dat die produk moet kompeteer op die wêreld mark en verskeie tegnologieë word reeds aangewend vir die spesifieke doel. Een so tegnologie wat potensiaal toon ten opsigte van akwakultuur produksie is triploïedie; meer spesifiek, sterieliteit veroorsaak deur aneuploïedie induksie. Onder normale volwassewording, word energie weggeneem van somatiese groei wanneer geslagsrypheid intree en daarom kan groeitempo verhoog word deur gametogenese te inhibeer of te vertraag deur ‘n proses soos aneuploïedie en, word korter tydperk benodig om bemarkingsgrootte te bereik. Twee voorafgaande studies het gehandel oor die induksie van triploïedie deur hidrostatiese druk skok (De Beer, 2004) en die vergelykende groeitempo van triploïede genotipes vanaf ouderdom 8 tot 24 maande (Schoonbee, 2008) alvorens geslagsrypheid intree. Tydens hierdie vergelykende groeifase kon geen statisties betekenisvolle aanduidings van vinniger groei of seisoenale omgewingseffekte aangetoon word nie. Die studie handel vervolgens oor die uitbreiding van die vergelykende groeistudies tussen triploïede en diploïede genotipes tot ouderdom van 62 maande wat die intrede van geslagsrypheid insluit, ten einde te bepaal of die induksie van triploïedie in Haliotis midae voordele inhou ten opsigte van produksiedoeltreffendheid en mededingendheid op wêreldmarkte. Groei gemeet in terme van skulplengte en lewende massa oor die tydperk van 29 tot 62 maande het statisties betekenisvolle verskille getoon in gemiddelde massa en lengte van diploïede genotipes bo die van triploïede verwante individue. Die verskille van 1.99 mm en 5.13 g kan egter nie as kommersieel betekenisvol beskou word nie. Belangrike produksie eienskappe waaronder persentasie opbrengs van eindproduk en die gonadosomatiese indeks is ook bepaal. Vir beide die produksie eienskappe het die triploïede genotipe statisties sowel as kommersieel betekenisvolle verbetering van 10.68% getoon vir opbrengs en 28.42% verlaging in gonadosomatiese indeks in vergelyking met die diploïede genotipe. Triploïede genotipes was nie volledig steriel nie, gegewe die aanwesigheid van gonades en gamete in sommige individue. Selfs al is totale steriliteit nie bereik nie, het dit wel voorgekom asof daar vertraging in gonadosomatiese ontwikkeling plaasgevind het in triploïede genotipes. Die vertraging in geslagsrypheid tesame met die verhoogde persentasie opbrengs van die eindproduk hou voordele in bo die andersins effense stadiger groei van triploïede genotipes.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:20:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseROS.pdf: 3247175 bytes, checksum: 6643dcff7715f3477c5e183a77356a7e (MD5) Previous issue date: 2007-07-04 / Financiadora de Estudos e Projetos / Euglossine bees are important pollinators of many Neotropical plant species, particularly orchids which could present a species-specific bee-flower relationship, essential to the reproductive success of these plants. Orchids produce chemical compounds to attract males of Euglossine bees (the effective pollinators of the orchids), and these compounds were isolated and are being used to study the biology of the euglossine males. Allozymes markers, although their low polymorphism content, were widely applied in population analyses. In order to provide a powerful tool to be applied to nest and population genetics research, primers flanking microsatellite loci were developed for Eulaema nigrita and Euglossa cordata (13 loci each). The use of these markers in 483 euglossine males of Euglossa, Eufriesea, Eulaema and Exaerete species, sampled in several Brazilian biomes and areas, evidenced the presence of only two diploid males, one in Euglossa annectans and other in Euglossa mandibularis. These findings support the hypothesis that diploid males (usually unviable or sterile individuals) occur in low frequencies in Brazilian Euglossine bee populations, a fact that is according to previous studies using allozymes. The application of these markers to nest structure analyses revealed nest sharing among unrelated females of Eulaema nigrita (eight nests). For Euglossa cordata and Euglossa townsendi nests (11 and seven nests, respectively), analysis demonstrated that monogamy (one female mated with a single male) is the rule, although nest sharing among unrelated females could also occur in E. townsendi. These results give a new focus on the research about population genetics and nest sociogenetic structure of Euglossine bees, opening new insights on the Euglossini biology and genetics. / As abelhas Euglossini são polinizadores importantes de várias espécies Neotropicais e, particularmente, para as orquídeas, onde a relação espécie-específica abelha-flor pode ser decisiva no sucesso reprodutivo destas plantas. Os machos são os polinizadores efetivos das orquídeas, cujos compostos atrativos produzidos por estas foram isolados e têm sido utilizados em diversos estudos envolvendo os machos de Euglossini. Os marcadores alozímicos, mais comumente utilizados nos estudos do grupo, apresentam em geral, um baixo polimorfismo, o que limita de certa forma as análises populacionais. Visando analisar de uma maneira mais acurada a genética das populações e de ninhos destas espécies de abelhas foram desenhados primers flanqueando locos de microssatélites em Eulaema nigrita e Euglossa cordata (13 locos cada). O emprego destes marcadores em 483 machos de 23 espécies de Euglossini dos gêneros Euglossa, Eufriesea, Eulaema e Exaerete provenientes de diversas regiões do Brasil revelou a presença somente de dois machos diplóides, um em Euglossa annectans e outro em Euglossa mandibularis. Estes achados reforçam a proposição de que os machos diplóides (geralmente inviáveis ou estéreis) não são freqüentes em populações destas abelhas do Brasil, corroborando dados prévios obtidos por meio de análise alozímica. O emprego dessa metodologia na avaliação da estrutura nidal revelou ainda que em Eulaema nigrita (oito ninhos) ocorre o compartilhamento do ninho entre fêmeas não aparentadas. Para as espécies Euglossa cordata e Euglossa townsendi (11 e sete ninhos, respectivamente) os ninhos, via de regra, são formados por uma fêmea acasalada com um único macho, embora para E. townsendi também tenha sido observado o compartilhamento de ninho por fêmeas não aparentadas. Os dados aqui apresentados lançam um novo olhar sobre a genética das populações e a estrutura sociogenética nidal de Euglossini, sendo, certamente, uma contribuição importante para o avanço do conhecimento a respeito da biologia e genética deste grupo de abelhas.

Submitted by Deyse Queiroz (deysequeirozz@hotmail.com) on 2018-05-23T13:54:28Z No. of bitstreams: 1 JOYCE EMANUELE DE MEDEIROS - DISSERTAÇÃO PPGSA PROFISSIONAL 2013..pdf: 1718564 bytes, checksum: 08bf95bc06f72832fe2269039eb98219 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-23T13:54:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JOYCE EMANUELE DE MEDEIROS - DISSERTAÇÃO PPGSA PROFISSIONAL 2013..pdf: 1718564 bytes, checksum: 08bf95bc06f72832fe2269039eb98219 (MD5) Previous issue date: 2013 / A partenocarpia em melancia agrega valor aos frutos, entretanto, para seu cultivo, o produtor poderá encontrar dificuldades, como: adaptação dos híbridos às condições regionais, alto preço das sementes, baixa germinação e baixo vigor das plântulas, além da necessidade de cultivar na mesma área uma variedade diploide como fonte de pólen para as triploides. Assim, objetivou-se avaliar o efeito da aplicação da citocinina CPPU, em diferentes concentrações, na indução da frutificação partenocárpica em melancieiras diploide e triploide. A pesquisa foi constituída por dois experimentos conduzidos em campo no Câmpus da UFCG, em PombalPB, no período de 15/12/2012 a 02/03/2013 utilizando-se o híbrido triploide ‘Extasy’ e a variedade diploide ‘Crimson Sweet’. Para ambos os experimentos, os tratamentos foram compostos por cinco concentrações do regulador de crescimento CPPU (0,75; 1,0; 1,5; 2,5 e 3,5 mg L-1 ) mais testemunha (polinização natural). O delineamento experimental utilizado foi o de blocos casualizados, com quatro repetições. A aplicação do CPPU ocorreu de forma exógena no ovário das flores na antese por dois dias consecutivos. As características avaliadas foram: taxa fotossintética (A), condutância estomática (gs), transpiração (E), concentração intercelular de CO2 (Ci), eficiência no uso da água (EUA), clorofilas, carotenoides, número de folhas, área foliar, massa seca das folhas, do caule e dos frutos e massa seca total, produção total e comercial, massa média dos frutos comercializáveis, número de frutos por planta, número de frutos comercializáveis por planta, índice de formato do fruto, espessura da casca e da polpa, sólidos solúveis, acidez titulável, pH, SS/AT e ácido ascórbico. O CPPU foi eficiente na indução da frutificação em melancieiras diploide ‘Crimson Sweet’ e triploide ‘Extasy’, independentemente da concentração utilizada. A concentração 2,5 mg L-1 de CPPU aplicada nas melancieiras diploides proporcionou o maior número de frutos comercializáveis por planta, maior produção total e produção comercial comparada à testemunha, já nas triploides possibilitou maior número de frutos por planta, número de frutos comercializáveis por planta, produção total e produção comercial em relação à testemunha. A indução da frutificação com CPPU na melancieira ‘Crimson Sweet’ não interferiu no acúmulo de massa seca, no crescimento e nas características fisiológicas da planta comparada à testemunha. Na ‘Extasy’, proporcionou maior acúmulo de massa seca no fruto, redução na massa seca das folhas, do caule e crescimento da planta, incremento na condutância estomática e na assimilação de CO2 quando comparada à testemunha. Nas melancieiras ‘Crimson Sweet’, a concentração de CPPU 2,5 mg L-1 proporcionou maior condutância estomática, taxa fotossintética e acúmulo de massa seca no fruto. Na melancieira ‘Extasy’, as concentrações de CPPU foram indiferente nas trocas gasosas e no crescimento da planta. / Parthenocarpy in watermelon adds value to fruits, however, for its cultivation, the producer may encounter difficulties such as: adaptation of hybrid to regional conditions, high seed prices, low germination and seedling vigor, beyond the need to cultivate, in the same area, a diploid variety as source of pollen for triploids. Thus, the objective was to evaluate the effect of application of cytokinin CPPU at different concentrations, in the induction of fruiting partenocarpic in diploid and triploid watermelon plants. The study comprised two field experiments conducted in the field in Campus of UFCG in Pombal -PB, from 12/15/2012 to 03/02/2013 using the triploid hybrid 'Extasy' and diploid variety 'Crimson Sweet'. For both experiments, treatments consisted of five concentrations of growth regulator CPPU (0.75, 1.0, 1.5, 2.5 and 3.5 mg L- 1 ) and the control (natural pollination). The experimental design was a complete randomized block designed with four replications. The application of CPPU occurred exogenously in the ovary of flowers for two consecutive days at anthesis. The variables evaluated were: photosynthetic rate (A), stomatal conductance (gs), transpiration (E), intercellular CO2 concentration (Ci), water use efficiency (EUA), chlorophylls, carotenoids, number of leaves, leaf area, dry mass of leaves, stem and fruit and total dry matter, total and marketable yield, average weight of marketable fruit , number of fruits per plant, number of marketable fruits per plant, fruit shape index, shell thickness and pulp, soluble solids, titratable acidity, pH, SS/TA and ascorbic acid. The CPPU was efficient in inducing fruiting of diploid watermelon 'Crimson Sweet' and triploid 'Extasy’, regardless of the concentration used. The concentration 2.5 mg L- 1 of CPPU applied in diploid watermelon provided the greatest number of marketable fruits per plant, higher total and marketable yield production compared to control, and in the triploid plants in increased the number of fruits per plant, number of fruits marketable per plant, total production and commercial production compared to control. Induction of fruiting with CPPU in watermelon ‘Crimson Sweet’ had no effect on dry matter accumulation, growth and physiological characteristics of the plant compared to the control. In 'Extasy', CPPU provided a greater accumulation of dry matter in the fruit decreased dry mass of leaves, stem and plant growth, increase in stomatal conductance and CO2 assimilation compared to the control. In watermelon 'Crimson Sweet' the concentration of 2.5 mg L- 1 yielded higher stomatal conductance, photosynthetic rate and dry matter accumulation in the fruit. In watermelon 'Extasy', concentrations of CPPU were indifferent gas exchange and plant growth.

Master thesis investigates reproductive barriers in diploid-polyploid complex of Vicia cracca. Complex with basic chromosome number x=7 consists of diploid (2x=14), tetraploid (4x=28) and rare triploid (3x=21) cytotype. I studied prereproducitve barriers between diploid and tetraploid cytotype: phenology of flowering, pollinators' behavior (preference of species of pollinators to cytotypes, sequence of visited cytotypes), variables, that could explain pollinators' behavior (amount of nectar as the main reward, size and amount of pollen grains as a potentional reward). To find out how strong the triploid block is I analyzed ploidy of seeds and seedlings from mixed-ploidy population. The habitat isolation showed up to be the strongest reproductive barrier. Pollinator's behavior meaningfully contributes to isolation, phenology of flowering contributes only minimally. Index expressing rate of prereproctive barriers is 0,956. Pollinator Bombus pascuorum visited on one locality preferably tetraploid plants and Andrena sp. preferred diploid plants. Even though tetraploid plants produce more nectar, no other analysis showed pollinators' preference to tetraploid plants. I prepared one squash of diploid V. cracca using method of in situ hybridization. This method needs to be optimilized for studied taxon.

Master thesis investigates reproductive barriers in diploid-polyploid complex of Vicia cracca. Complex with basic chromosome number x=7 consists of diploid (2x=14), tetraploid (4x=28) and rare triploid (3x=21) cytotype. I studied prezygotic barriers between diploid and tetraploid cytotype: phenology of flowering, pollinators' behavior (preference of spieces of pollinators to cytotypes, sequence of visited cytotypes), variables, that could explain pollinators' behavior (amount of nectar as the main reward, size and amount of pollen grains as a potentional reward). To find out how strong the triploid block is, I analyzed ploidy of seeds and seedlings from mixed-ploidy population. The habitat isolation showed up to be the strongest reproductive barrier. Pollinator's behavior meaningfully contributes to isolation, phenology of flowering contributes only minimally. Index expressing rate of prereproductive barriers is 0,990. Pollinator Bombus pascuorum visited on one locality preferably tetraploid plants and Andrena sp. preferred diploid plants. Even though tetraploid plants produce more nectar, no other analysis showed pollinators' preference to tetraploid plants.

O desenvolvimento embrionário é o resultado de uma sequência controlada de eventos modulados por sinais ambientais e mecanismos intracelulares. Em Hymenoptera, esse processo tem um caráter especial devido ao sistema de determinação do sexo (Haplodiploide). Neste sistema, os ovos fecundados se desenvolvem em fêmeas (diploides) e os ovos não fecundados em machos (haploides). Assim, eventos importantes, como a ativação do ovo e transição materno-zigótica, eventos iniciais da embriogênese, são elementos-chave para compreender o desenvolvimento de ambos os tipos de embriões. Ativação do ovo é um evento complexo acionado em resposta a estímulos externos, necessários para o início da embriogênese. Em abelhas a ativação ovo ocorre independentemente da fecundação e parece ser desencadeado durante a passagem pelo trato reprodutivo da mãe. Além disso, se o ovócito não for fecundado ele irá se desenvolver em um organismo haploide. No entanto, se o ovo recebe o espermatozóide até 30 minutos depois da ativação, o ovo se desenvolve em um organismo diploide. Em Drosophila, a ativação do ovo é também idependente da fecundação. O estímulo inicial que desencadeia o desenvolvimento é devido tensões mecânicas sofridas pelo ovócito durante a ovulação pela passagem através do trato reprodutivo. Neste modelo, o primeiro sinal de ativação inclui a ativação da via dependente de cálcio. Moléculas maternas que são incorporados no ovócito durante ovogênese, atuam durante a ativação do ovo, bem como no início da embriogênese. Os eventos iniciais da embriogênese também são caracterizados pela ausência de altos níveis de transcrição zigótica. As moléculas depositadas atuam na ativação do ovo, quebrando a dormência da divisão celular permitindo a ocorrência do início do desenvolvimento embrionário. Mas, o embrião em desenvolvimento gradualmente degrada e substitui essas moléculas herdadas da mãe, em um processo conhecido como transição materno-zigótica. Nosso principal objetivo foi o entendimento da comunicação entre as moléculas herdadas e as recém produzidas durante os primeiros passos do desenvolvimento de Apis mellifera. Para alcançar nosso objetivo, 16 bibliotecas de RNAseq (mRNA e miRNA) foram construídas utilizando amostras de RNA total de embriões diploides e haploides de diferentes idades e ovócitos maduros. A análise do transcriptoma mostrou que existem genes diferencialmente expressos entre os dois tipos de embriões já em 1 h de desenvolvimento. Além disso, nossa análise permitiu a identificação de mRNAs e miRNAs maternos e zigóticos, além de processos com que estas moléculas se relacionam. As análises mostraram também que um mesmo miRNA pode atingir diferentes mRNAs em cada tipo de embrião, na mesma fase de desenvolvimento. Além disso, um mesmo gene pode ser diferentemente regulado nos dois tipos de embriões. Por exemplo, broad/GB48272, que é classificado como materno em embriões dipoides é regulado por quatro miRNAs diferentes e em embriões haploides é classificado como zigótico, regulado por apenas um miRNA. Análise das bibliotecas de RNAseq e hibridação in situ mostrou o padrão de expressão de zelda em embriões jovens de abelhas. Zelda é um ativador chave do genoma zigótico em Drosophila e regula eventos importantes na embriogênese se ligando a um motivo conservado, TAGteam. Em A. mellifera, encontramos um motivo TAGteam putativo que tem sido relacionado à transcrição zigótica precoce. Além disso, a hibridização in situ e PCR mostraram três primiRNAs (ame-mir-375-3p, ame-mir-34-5p e ame-mir-263b-5p) que se expressam durante a clivagem. A presença de pri-miRNAs evidenciou a início da transcrição zigótica durante a clivagem. Em suma, podemos dizer que este é o primeiro trabalho em Apis mellifera a descrever os eventos de iniciais do desenvolvimento embrionário comparando embriões haploides e diploides usando os recentes protocolos de bioinformática e os avanços da biologia molecular. / Embryonic development is the result of a precisely controlled sequence of events modulated by environmental signals and intracellular mechanisms. In Hymenoptera, this process takes a special character due the sex-determination system (haplodiploidy). In this system, fertilized eggs develop in females (diploid) and unfertilized eggs in males (haploid). Thus, important events such as egg activation and maternal-zygotic transition, events of the early embryogenesis are key elements to understand the development of both types of embryos. Egg activation is a complex event triggered in response to external stimuli and necessary for the onset of embryogenesis. In honeybees egg activation occurs independently of fertilization and seems to be triggered during the passage through mother\'s reproductive tract. Furthermore, if the egg is not fertilized it will develop into haploid organism. However, if the egg receives the sperm up to 30min after activation, this egg develops into a diploid organism. In Drosophila, the egg activation is also fertilization independent. Initial stimulus that triggers the development is due mechanical stresses suffered by the egg during ovulation and passage through the reproductive tract. In this model, the first activation signal includes activation of calciumdependent pathway. Maternal molecules that are incorporated into the oocyte during ovogenesis, act during egg activation, as well as in early embryogenesis. Early embryogenesis events are also characterized by absence of high levels of zygotic transcription. The deposited molecules drive egg activation, breaking cell division dormancy permitting the beginning of embryonic development. But, the developing embryo gradually degrades and substitutes these mother-inherited molecules, in a process known as mother-to-zygote transition. Our main objective was the understanding of the deep crosstalk among the inherited molecules and the newly ones produced during the first steps of Apis mellifera embryogenesis. To achieve our objective 16 deep sequenced RNA (mRNA, miRNA) libraries were constructed using different age diploid and haploid embryos, and mature oocytes. Genome-wide transcriptome analysis was performed and interactive regulatory networks were constructed. Our analysis permitted the identification of maternal and zygotic mRNAs and miRNAs and related processes. Based on expression profiles of mRNAs and miRNAs in mature oocytes and haploid and diploid embryos of 2, 6 and 18-24 h of development, we constructed integrative regulatory networks (miRNA:mRNA) showing that the same miRNA could target different mRNAs in each type of embryo, in the same phase of development. As example we cite broad/GB48272, which is classified as maternal in diploid embryos and regulated by four different miRNAs. However, in haploid embryos it is zygotic and regulated by only one miRNA. Analysis of RNAseq and in situ hybridization showed the expression pattern of zelda in early honeybee embryos. Zelda is a key activator of Drosophila early zygotic genome and regulates important events in early embryogenesis binding to TAGteam motif. In A. mellifera, we found a putative TAGteam motif that has been implicated in early zygotic transcription. Moreover, in situ hybridization and PCR assay showed three pri-miRNAs (ame-mir-375-3p, ame-mir-34-5p and ame-mir-263b-5p) expressed during cleavage. The presence of pri-miRNAs is the first evidence of early zygotic transcription during cleavage. In short, we could say that this is the first work on Apis mellifera describing the early embryonic developmental events comparing haploid and diploid embryos using modern bioinformatics tools and advanced molecular analysis.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:30:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 468409 bytes, checksum: 3e2e0ab05597740b3f2ba9c5da061f42 (MD5) Previous issue date: 2011-02-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The bees of Melipona genus have trofogenetic mechanism to determination of caste. The level of juvenile hormone (JH) in several stages of larval development determines the characteristics of females. Diploid males and females of Melipona quadrifasciata that, in last instar larvae, received topical JH develop external morphological characteristics of queen. This work was based on morphometric data to investigate the effect of JH III in the development of haploid and diploid males of Melipona quadrifasciata and compare morphological characteristics of them with morphological characteristics already known in females of this species. Ten individuals were used for each treatment; workers, natural queens, queens produced from the topical application of JH, natural haploid males, haploid males received application of JH but did not differ, haploid males that received topical application of JH and developed features of queens (QLM - Queen-Like Male), natural diploid males, diploid males that received topical application of JH but did not differ and diploid QLM. The anatomical averages analyzed were: width of compound eyes, width of tibia, length of mouthparts, length of mandible, intertegule distance and interorbit distance. All averages allowed the separation of individuals into groups. However, the lengths of the mouthpart averages were differences most significantly between treatments. Natural queens and queens produced from the effect of JH had similar averages. Diploid and haploid QLM showed average variables with similar size in the natural queens and queens produced from topical application of JH. Workers were more similar to males than the queens in the most averages variables and, in general, the workers presented average size more than queens. Natural diploid and haploid males had close averages, which does not allow visual differentiation of these individuals. The dates confirm that the JH is primarily responsible for the differentiation of specific characteristics of each caste, and, in the high levels of it causes the appearance of the characteristics of queen, independent on genotype. / Abelhas do gênero Melipona possuem mecanismo de determinação das castas trofogenético. O nível de hormônio juvenil (HJ) em certas fases do desenvolvimento larval determina as características das fêmeas. Fêmeas e machos diplóides de Melipona quadrifasciata que, na fase pré defecante, recebem aplicação tópica de HJ desenvolvem características morfológicas externas de rainha. Este trabalho baseou-se em dados morfométricos para investigar o efeito do HJ III no desenvolvimento de machos haplóides e diplóides de Melipona quadrifasciata e comparar estes efeitos com os efeitos já conhecidos em fêmeas desta espécie. Foram utilizados dez indivíduos de cada tratamento, sendo operárias, rainhas naturais, rainhas produzidas a partir da aplicação tópica de HJ, machos haplóides naturais, machos haplóides que receberam aplicação de HJ mas não se diferenciaram, machos haplóides que receberam aplicação tópica de HJ e desenvolveram características de rainha (QLM – Queen-Like Male), machos diplóides naturais, machos diplóides que receberam aplicação tópica de HJ mas não se diferenciaram e QLM diplóides. As medidas anatômicas analizadas foram largura do olho composto, largura da tíbia, comprimento do aparelho bucal, comprimento da mandíbula, distância intertégula e distância interorbital. Todas as medidas possibilitaram a separação dos indivíduos em grupos, no entanto o comprimento do aparelho bucal foi a medida com diferenças mais significativas entre os tratamentos. Rainhas naturais e rainhas produzidas a partir do efeito do HJ possuem medidas semelhantes. QLM haplóides e diplóides apresentaram as variáveis medidas com tamanhos semelhantes as das rainhas naturais e produzidas a partir da aplicação tópica de HJ. Operárias se mostraram mais semelhantes aos machos do que as rainhas quanto a maior parte das maioria das variáveis medidas e, em geral, as operárias apresentam médias de tamanho maiores e as rainhas menores. Macho diplóides e haplóides naturais possuem medidas próximas, o que não permite a diferenciação visual desses indivíduos. Os dados corroboram que o HJ é o principal responsável pela diferenciação das características específicas de cada castas, assim, em altos níveis ele acarreta o aparecimento das características de rainha, independente do genótipo.

O desenvolvimento embrionário é o resultado de uma sequência controlada de eventos modulados por sinais ambientais e mecanismos intracelulares. Em Hymenoptera, esse processo tem um caráter especial devido ao sistema de determinação do sexo (Haplodiploide). Neste sistema, os ovos fecundados se desenvolvem em fêmeas (diploides) e os ovos não fecundados em machos (haploides). Assim, eventos importantes, como a ativação do ovo e transição materno-zigótica, eventos iniciais da embriogênese, são elementos-chave para compreender o desenvolvimento de ambos os tipos de embriões. Ativação do ovo é um evento complexo acionado em resposta a estímulos externos, necessários para o início da embriogênese. Em abelhas a ativação ovo ocorre independentemente da fecundação e parece ser desencadeado durante a passagem pelo trato reprodutivo da mãe. Além disso, se o ovócito não for fecundado ele irá se desenvolver em um organismo haploide. No entanto, se o ovo recebe o espermatozóide até 30 minutos depois da ativação, o ovo se desenvolve em um organismo diploide. Em Drosophila, a ativação do ovo é também idependente da fecundação. O estímulo inicial que desencadeia o desenvolvimento é devido tensões mecânicas sofridas pelo ovócito durante a ovulação pela passagem através do trato reprodutivo. Neste modelo, o primeiro sinal de ativação inclui a ativação da via dependente de cálcio. Moléculas maternas que são incorporados no ovócito durante ovogênese, atuam durante a ativação do ovo, bem como no início da embriogênese. Os eventos iniciais da embriogênese também são caracterizados pela ausência de altos níveis de transcrição zigótica. As moléculas depositadas atuam na ativação do ovo, quebrando a dormência da divisão celular permitindo a ocorrência do início do desenvolvimento embrionário. Mas, o embrião em desenvolvimento gradualmente degrada e substitui essas moléculas herdadas da mãe, em um processo conhecido como transição materno-zigótica. Nosso principal objetivo foi o entendimento da comunicação entre as moléculas herdadas e as recém produzidas durante os primeiros passos do desenvolvimento de Apis mellifera. Para alcançar nosso objetivo, 16 bibliotecas de RNAseq (mRNA e miRNA) foram construídas utilizando amostras de RNA total de embriões diploides e haploides de diferentes idades e ovócitos maduros. A análise do transcriptoma mostrou que existem genes diferencialmente expressos entre os dois tipos de embriões já em 1 h de desenvolvimento. Além disso, nossa análise permitiu a identificação de mRNAs e miRNAs maternos e zigóticos, além de processos com que estas moléculas se relacionam. As análises mostraram também que um mesmo miRNA pode atingir diferentes mRNAs em cada tipo de embrião, na mesma fase de desenvolvimento. Além disso, um mesmo gene pode ser diferentemente regulado nos dois tipos de embriões. Por exemplo, broad/GB48272, que é classificado como materno em embriões dipoides é regulado por quatro miRNAs diferentes e em embriões haploides é classificado como zigótico, regulado por apenas um miRNA. Análise das bibliotecas de RNAseq e hibridação in situ mostrou o padrão de expressão de zelda em embriões jovens de abelhas. Zelda é um ativador chave do genoma zigótico em Drosophila e regula eventos importantes na embriogênese se ligando a um motivo conservado, TAGteam. Em A. mellifera, encontramos um motivo TAGteam putativo que tem sido relacionado à transcrição zigótica precoce. Além disso, a hibridização in situ e PCR mostraram três primiRNAs (ame-mir-375-3p, ame-mir-34-5p e ame-mir-263b-5p) que se expressam durante a clivagem. A presença de pri-miRNAs evidenciou a início da transcrição zigótica durante a clivagem. Em suma, podemos dizer que este é o primeiro trabalho em Apis mellifera a descrever os eventos de iniciais do desenvolvimento embrionário comparando embriões haploides e diploides usando os recentes protocolos de bioinformática e os avanços da biologia molecular. / Embryonic development is the result of a precisely controlled sequence of events modulated by environmental signals and intracellular mechanisms. In Hymenoptera, this process takes a special character due the sex-determination system (haplodiploidy). In this system, fertilized eggs develop in females (diploid) and unfertilized eggs in males (haploid). Thus, important events such as egg activation and maternal-zygotic transition, events of the early embryogenesis are key elements to understand the development of both types of embryos. Egg activation is a complex event triggered in response to external stimuli and necessary for the onset of embryogenesis. In honeybees egg activation occurs independently of fertilization and seems to be triggered during the passage through mother\'s reproductive tract. Furthermore, if the egg is not fertilized it will develop into haploid organism. However, if the egg receives the sperm up to 30min after activation, this egg develops into a diploid organism. In Drosophila, the egg activation is also fertilization independent. Initial stimulus that triggers the development is due mechanical stresses suffered by the egg during ovulation and passage through the reproductive tract. In this model, the first activation signal includes activation of calciumdependent pathway. Maternal molecules that are incorporated into the oocyte during ovogenesis, act during egg activation, as well as in early embryogenesis. Early embryogenesis events are also characterized by absence of high levels of zygotic transcription. The deposited molecules drive egg activation, breaking cell division dormancy permitting the beginning of embryonic development. But, the developing embryo gradually degrades and substitutes these mother-inherited molecules, in a process known as mother-to-zygote transition. Our main objective was the understanding of the deep crosstalk among the inherited molecules and the newly ones produced during the first steps of Apis mellifera embryogenesis. To achieve our objective 16 deep sequenced RNA (mRNA, miRNA) libraries were constructed using different age diploid and haploid embryos, and mature oocytes. Genome-wide transcriptome analysis was performed and interactive regulatory networks were constructed. Our analysis permitted the identification of maternal and zygotic mRNAs and miRNAs and related processes. Based on expression profiles of mRNAs and miRNAs in mature oocytes and haploid and diploid embryos of 2, 6 and 18-24 h of development, we constructed integrative regulatory networks (miRNA:mRNA) showing that the same miRNA could target different mRNAs in each type of embryo, in the same phase of development. As example we cite broad/GB48272, which is classified as maternal in diploid embryos and regulated by four different miRNAs. However, in haploid embryos it is zygotic and regulated by only one miRNA. Analysis of RNAseq and in situ hybridization showed the expression pattern of zelda in early honeybee embryos. Zelda is a key activator of Drosophila early zygotic genome and regulates important events in early embryogenesis binding to TAGteam motif. In A. mellifera, we found a putative TAGteam motif that has been implicated in early zygotic transcription. Moreover, in situ hybridization and PCR assay showed three pri-miRNAs (ame-mir-375-3p, ame-mir-34-5p and ame-mir-263b-5p) expressed during cleavage. The presence of pri-miRNAs is the first evidence of early zygotic transcription during cleavage. In short, we could say that this is the first work on Apis mellifera describing the early embryonic developmental events comparing haploid and diploid embryos using modern bioinformatics tools and advanced molecular analysis.