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Wolbachia é um gênero de bactérias endossimbiontes que são verticalmente transmitidas pelas fêmeas aos seus descendentes, embora transmissão entre táxons distintos também ocorra com certa freqüência. Entre os efeitos que essa bactéria causa nos sistemas de reprodutivos de seus hospedeiros destaca-se a incompatibilidade citoplasmática (IC). Wolbachia foi descrita em numerosas espécies de artrópodos, especialmente os insetos. Dentre os insetos, essa bactéria foi descrita em diversos gêneros das moscas-das-frutas da familia Tephritidae, tendo sido demonstrada a IC em Rhagoletis cerasi e Ceratitis capitata. Recentemente, essas bactérias foram identificadas nas moscas-das-frutas do gênero Anastrepha. No presente trabalho, procurou-se demonstrar se a Wolbachia estaria relacionada a IC entre Anastrepha sp.1 aff. fraterculus e Anastrepha obliqua. A amplificação e o seqüenciamento do gene wsp revelou que as populações das duas espécies, mantidas no laboratório, estavam infectadas por Wolbachia. A presença da bactéria foi, também, demonstrada citologicamente em embriões corados pelo DAPI, tendo-se, além disso, observado que elas se distribuem nos embriões em gradiente decrescente do pólo posterior para o anterior. Para testar a hipótese de que a bactéria é a causa da IC, foram estabelecidas populações das duas espécies onde a Wolbachia (e possivelmente outras bactérias não identificadas) foram eliminadas por tratamento térmico (30oC) aplicado às pupas. As taxas de eclosão de larvas nas progênies de cruzamentos entre indivíduos curados, foram menores que a eclosão nos cruzamentos entre indivíduos infectados, mas o tratamento não alterou a proporção sexual dos adultos. Cruzamentos intra-específicos entre indivíduos infectados e curados, produziu assimetria nas progênies dos cruzamentos recíprocos, ou seja, quando os fêmeas eram curadas e os machos infectados a taxa de eclosão foi significativamente menor que nos cruzamentos recíprocos demonstrando, assim, a existência de IC unidirecional nos cruzamentos dessas duas espécies de Anastrepha. Nesses cruzamentos, a proporção sexual das progênies adultas não divergiu significativamente do 1:1 esperado. Nas progênies híbridas de cruzamentos interespecíficos entre indivíduos infectados, observou-se um decréscimo significativo nas taxas de eclosão e alteração na proporção sexual entre os adultos, de acordo com a regra de Haldane. Quando as fêmeas eram de A. sp.1, as progênies eram constituídas apenas por fêmeas e quando eram de A. obliqua, machos também foram produzidos, mas em frequências menores que o esperado. Resultados similares foram obtidos quando indivíduos curados foram cruzados entre si. Cruzamentos interespecíficos de indivíduos infectados cruzados com indivíduos curados, produziram progênies com taxas de eclosão muito reduzidas e menores quando as fêmeas eram de A. sp.1 (infectadas ou curadas), do que nos cruzamentos onde as fêmeas eram de A. obliqua (infectadas ou não). Nestes últimos, quando a fêmea era infectada e os machos curados, a taxa de eclosão foi maior que no cruzamento recíproco, demonstrando a presença de IC entre as duas espécies. A proporção sexual também foi alterada nesses cruzamentos, segundo a regra de Haldane. Os resultados do presente trabalho demonstram, pela primeira vez, que a incompatibilidade citoplasmática mediada pela Wolbachia, ocorre nas duas espécies de Anastrepha e sugerem que deve existir uma interação entre a bactéria e os genomas das espécies hospedeiras. / The endosymbiont bacteria Wolbachia are vertically transmitted by the females to its progenies, although horizontal transmission between distinct taxa is also known. One of the most relevant effects caused by these bacteria in the reproductive behavior of its hosts is the cytoplasmic incompatibility (CI). Wolbachia was described in several groups of arthropods, in the insects including several genera of the tefritid fruit flies. Wolbachia-induced CI was reported in Rhagoletis cerasi and Ceratitis capitata. Recently, occurrence of these bacteria was described in several species of genus Anastrepha. Search for possible Wolbachia-induced CI in crosses of Anastrepha obliqua and A. sp.1 aff. fraterculus was the aim of the present study. Amplification and sequencing of the gene wsp of Wolbachia revealed that laboratory colonies of both species were infected with this bacteria. Cytological analysis of embryos stained with DAPI showed a multitude of bacteria distributed in decreasing gradients from the posterior to the anterior pole of the embryos. The hypothesis that there is CI between the two host species was tested using infected and cured individuals. The bacteria were removed by treating the pupae at the temperature of 30o C. Rate of egg hatch in progenies recovered from crosses of cured flies were lower than egg hatch in crosses of the infected strains, but no sex-ratio deviation from the expected 1:1 was observed. Intra-specific crosses between infected and cured individuals resulted in asymmetries in the progenies of reciprocal crosses. The egg hatch in crosses of cured obliqua females to infected sp.1 males was lower than in the reciprocal crosses, clearly indicating the presence of Wolbachia-induced CI in Anastrepha. In these crosses, sex-ratio among the adults does not deviate from the 1:1 ratio. In the hybrid progenies of inter-specific crosses, it was observed a decrease in the egg hatch rate, and deviation from 1:1 in the adult sex-ratio according to the Haldanes rule. From crosses of sp.1 females to obliqua males, only females were recovered while in crosses of obliqua females to sp.1 males, males were also produced but in lower frequencies than expected. Similar results were obtained when cured individuals were crossed. Very low egg hatch rates were observed in inter-specific crosses of infected to cured individuals, when sp.1 females (infected or cured) were used. In crosses of obliqua females (infected or cured), higher egg hatch rate was observed. Egg hatch was larger in crosses of infected female to cured males than in the reciprocal crosses, indicating a Wolbachia-induced IC between the two species of Anastrepha. The sex-ratios were also according to the Haldanes rule. This is the first report of Wolbachia-induced CI in Anastrepha. The existence of a possible interaction between the bacteria and the genomes of the host species is also suggested.

Wolbachia é um gênero de bactérias endossimbiontes que são verticalmente transmitidas pelas fêmeas aos seus descendentes, embora transmissão entre táxons distintos também ocorra com certa freqüência. Entre os efeitos que essa bactéria causa nos sistemas de reprodutivos de seus hospedeiros destaca-se a incompatibilidade citoplasmática (IC). Wolbachia foi descrita em numerosas espécies de artrópodos, especialmente os insetos. Dentre os insetos, essa bactéria foi descrita em diversos gêneros das moscas-das-frutas da familia Tephritidae, tendo sido demonstrada a IC em Rhagoletis cerasi e Ceratitis capitata. Recentemente, essas bactérias foram identificadas nas moscas-das-frutas do gênero Anastrepha. No presente trabalho, procurou-se demonstrar se a Wolbachia estaria relacionada a IC entre Anastrepha sp.1 aff. fraterculus e Anastrepha obliqua. A amplificação e o seqüenciamento do gene wsp revelou que as populações das duas espécies, mantidas no laboratório, estavam infectadas por Wolbachia. A presença da bactéria foi, também, demonstrada citologicamente em embriões corados pelo DAPI, tendo-se, além disso, observado que elas se distribuem nos embriões em gradiente decrescente do pólo posterior para o anterior. Para testar a hipótese de que a bactéria é a causa da IC, foram estabelecidas populações das duas espécies onde a Wolbachia (e possivelmente outras bactérias não identificadas) foram eliminadas por tratamento térmico (30oC) aplicado às pupas. As taxas de eclosão de larvas nas progênies de cruzamentos entre indivíduos curados, foram menores que a eclosão nos cruzamentos entre indivíduos infectados, mas o tratamento não alterou a proporção sexual dos adultos. Cruzamentos intra-específicos entre indivíduos infectados e curados, produziu assimetria nas progênies dos cruzamentos recíprocos, ou seja, quando os fêmeas eram curadas e os machos infectados a taxa de eclosão foi significativamente menor que nos cruzamentos recíprocos demonstrando, assim, a existência de IC unidirecional nos cruzamentos dessas duas espécies de Anastrepha. Nesses cruzamentos, a proporção sexual das progênies adultas não divergiu significativamente do 1:1 esperado. Nas progênies híbridas de cruzamentos interespecíficos entre indivíduos infectados, observou-se um decréscimo significativo nas taxas de eclosão e alteração na proporção sexual entre os adultos, de acordo com a regra de Haldane. Quando as fêmeas eram de A. sp.1, as progênies eram constituídas apenas por fêmeas e quando eram de A. obliqua, machos também foram produzidos, mas em frequências menores que o esperado. Resultados similares foram obtidos quando indivíduos curados foram cruzados entre si. Cruzamentos interespecíficos de indivíduos infectados cruzados com indivíduos curados, produziram progênies com taxas de eclosão muito reduzidas e menores quando as fêmeas eram de A. sp.1 (infectadas ou curadas), do que nos cruzamentos onde as fêmeas eram de A. obliqua (infectadas ou não). Nestes últimos, quando a fêmea era infectada e os machos curados, a taxa de eclosão foi maior que no cruzamento recíproco, demonstrando a presença de IC entre as duas espécies. A proporção sexual também foi alterada nesses cruzamentos, segundo a regra de Haldane. Os resultados do presente trabalho demonstram, pela primeira vez, que a incompatibilidade citoplasmática mediada pela Wolbachia, ocorre nas duas espécies de Anastrepha e sugerem que deve existir uma interação entre a bactéria e os genomas das espécies hospedeiras. / The endosymbiont bacteria Wolbachia are vertically transmitted by the females to its progenies, although horizontal transmission between distinct taxa is also known. One of the most relevant effects caused by these bacteria in the reproductive behavior of its hosts is the cytoplasmic incompatibility (CI). Wolbachia was described in several groups of arthropods, in the insects including several genera of the tefritid fruit flies. Wolbachia-induced CI was reported in Rhagoletis cerasi and Ceratitis capitata. Recently, occurrence of these bacteria was described in several species of genus Anastrepha. Search for possible Wolbachia-induced CI in crosses of Anastrepha obliqua and A. sp.1 aff. fraterculus was the aim of the present study. Amplification and sequencing of the gene wsp of Wolbachia revealed that laboratory colonies of both species were infected with this bacteria. Cytological analysis of embryos stained with DAPI showed a multitude of bacteria distributed in decreasing gradients from the posterior to the anterior pole of the embryos. The hypothesis that there is CI between the two host species was tested using infected and cured individuals. The bacteria were removed by treating the pupae at the temperature of 30o C. Rate of egg hatch in progenies recovered from crosses of cured flies were lower than egg hatch in crosses of the infected strains, but no sex-ratio deviation from the expected 1:1 was observed. Intra-specific crosses between infected and cured individuals resulted in asymmetries in the progenies of reciprocal crosses. The egg hatch in crosses of cured obliqua females to infected sp.1 males was lower than in the reciprocal crosses, clearly indicating the presence of Wolbachia-induced CI in Anastrepha. In these crosses, sex-ratio among the adults does not deviate from the 1:1 ratio. In the hybrid progenies of inter-specific crosses, it was observed a decrease in the egg hatch rate, and deviation from 1:1 in the adult sex-ratio according to the Haldanes rule. From crosses of sp.1 females to obliqua males, only females were recovered while in crosses of obliqua females to sp.1 males, males were also produced but in lower frequencies than expected. Similar results were obtained when cured individuals were crossed. Very low egg hatch rates were observed in inter-specific crosses of infected to cured individuals, when sp.1 females (infected or cured) were used. In crosses of obliqua females (infected or cured), higher egg hatch rate was observed. Egg hatch was larger in crosses of infected female to cured males than in the reciprocal crosses, indicating a Wolbachia-induced IC between the two species of Anastrepha. The sex-ratios were also according to the Haldanes rule. This is the first report of Wolbachia-induced CI in Anastrepha. The existence of a possible interaction between the bacteria and the genomes of the host species is also suggested.

L'incessant augment del nombre de seqüències genòmiques, juntament amb l'increment del nombre de tècniques experimentals de les que es disposa, permetrà obtenir el catàleg complet de les funcions cel.lulars de diferents organismes, incloent-hi la nostra espècie. Aquest catàleg definirà els fonaments sobre els que es podrà entendre millor com els organismes funcionen a nivell molecular. Al mateix temps es tindran més pistes sobre els canvis que estan associats amb les malalties. Per tant, la seqüència en brut, tal i com s'obté dels projectes de seqüenciació de genomes, no té cap valor sense les anàlisis i la subsegüent anotació de les característiques que defineixen aquestes funcions. Aquesta tesi presenta la nostra contribució en tres aspectes relacionats de l'anotació dels gens en genomes eucariotes. Primer, la comparació a nivell de seqüència entre els genomes humà i de ratolí es va dur a terme mitjançant un protocol semi-automàtic. El programa de predicció de gens SGP2 es va desenvolupar a partir d'elements d'aquest protocol. El concepte al darrera de l'SGP2 és que les regions de similaritat obtingudes amb el programa TBLASTX, es fan servir per augmentar la puntuació dels exons predits pel programa geneid, amb el que s obtenen conjunts d'anotacions més acurats d'estructures gèniques. SGP2 té una especificitat que és prou gran com per que es puguin validar experimentalment via RT-PCR. La validació de llocs d'splicing emprant la tècnica de la RT-PCR és un bon exemple de com la combinació d'aproximacions computacionals i experimentals produeix millors resultats que per separat. S'ha dut a terme l'anàlisi descriptiva a nivell de seqüència dels llocs d'splicing obtinguts sobre un conjunt fiable de gens ortòlegs per humà, ratolí, rata i pollastre. S'han explorat les diferències a nivell de nucleòtid entre llocs U2 i U12, pel conjunt d'introns ortòlegs que se'n deriva d'aquests gens. S'ha trobat que els senyals d'splicing ortòlegs entre humà i rossegadors, així com entre rossegadors, estan més conservats que els llocs no relacionats. Aquesta conservació addicional pot ser explicada però a nivell de conservació basal dels introns. D'altra banda, s'ha detectat més conservació de l'esperada entre llocs d'splicing ortòlegs entre mamífers i pollastre. Els resultats obtinguts també indiquen que les classes intròniques U2 i U12 han evolucionat independentment des de l'ancestre comú dels mamífers i les aus. Tampoc s'ha trobat cap cas convincent d'interconversió entre aquestes dues classes en el conjunt d'introns ortòlegs generat, ni cap cas de substitució entre els subtipus AT-AC i GT-AG d'introns U12. Al contrari, el pas de GT-AG a GC-AG, i viceversa, en introns U2 no sembla ser inusual. Finalment, s'han implementat una sèrie d'eines de visualització per integrar anotacions obtingudes pels programes de predicció de gens i per les anàlisis comparatives sobre genomes. Una d'aquestes eines, el gff2ps, s'ha emprat en la cartografia dels genomes humà, de la mosca del vinagre i del mosquit de la malària, entre d'altres. El programa gff2aplot i els filtres associats, han facilitat la tasca d'integrar anotacions de seqüència amb els resultats d'eines per la cerca d'homologia, com ara el BLAST. S'ha adaptat també el concepte de pictograma a l'anàlisi comparativa de llocs d splicing ortòlegs, amb el desenvolupament del programa compi. / El aumento incesante del número de secuencias genómicas, junto con el incremento del número de técnicas experimentales de las que se dispone, permitirá la obtención del catálogo completo de las funciones celulares de los diferentes organismos, incluida nuestra especie. Este catálogo definirá las bases sobre las que se pueda entender mejor el funcionamiento de los organismos a nivel molecular. Al mismo tiempo, se obtendrán más pistas sobre los cambios asociados a enfermedades. Por tanto, la secuencia en bruto, tal y como se obtiene en los proyectos de secuenciación masiva, no tiene ningún valor sin los análisis y la posterior anotación de las características que definen estas funciones. Esta tesis presenta nuestra contribución a tres aspectos relacionados de la anotación de los genes en genomas eucariotas. Primero, la comparación a nivel de secuencia entre el genoma humano y el de ratón se llevó a cabo mediante un protocolo semi-automático. El programa de predicción de genes SGP2 se desarrolló a partir de elementos de dicho protocolo. El concepto sobre el que se fundamenta el SGP2 es que las regiones de similaridad obtenidas con el programa TBLASTX, se utilizan para aumentar la puntuación de los exones predichos por el programa geneid, con lo que se obtienen conjuntos más precisos de anotaciones de estructuras génicas. SGP2 tiene una especificidad suficiente como para validar esas anotaciones experimentalmente vía RT-PCR. La validación de los sitios de splicing mediante el uso de la técnica de la RT-PCR es un buen ejemplo de cómo la combinación de aproximaciones computacionales y experimentales produce mejores resultados que por separado. Se ha llevado a cabo el análisis descriptivo a nivel de secuencia de los sitios de splicing obtenidos sobre un conjunto fiable de genes ortólogos para humano, ratón, rata y pollo. Se han explorado las diferencias a nivel de nucleótido entre sitios U2 y U12 para el conjunto de intrones ortólogos derivado de esos genes. Se ha visto que las señales de splicing ortólogas entre humanos y roedores, así como entre roedores, están más conservadas que las no ortólogas. Esta conservación puede ser explicada en parte a nivel de conservación basal de los intrones. Por otro lado, se ha detectado mayor conservación de la esperada entre sitios de splicing ortólogos entre mamíferos y pollo. Los resultados obtenidos indican también que las clases intrónicas U2 y U12 han evolucionado independientemente desde el ancestro común de mamíferos y aves. Tampoco se ha hallado ningún caso convincente de interconversión entre estas dos clases en el conjunto de intrones ortólogos generado, ni ningún caso de substitución entre los subtipos AT-AC y GT-AG en intrones U12. Por el contrario, el paso de GT-AG a GC-AG, y viceversa, en intrones U2 no parece ser inusual. Finalmente, se han implementado una serie de herramientas de visualización para integrar anotaciones obtenidas por los programas de predicción de genes y por los análisis comparativos sobre genomas. Una de estas herramientas, gff2ps, se ha utilizado para cartografiar los genomas humano, de la mosca del vinagre y del mosquito de la malaria. El programa gff2aplot y los filtros asociados, han facilitado la tarea de integrar anotaciones a nivel de secuencia con los resultados obtenidos por herramientas de búsqueda de homología, como BLAST. Se ha adaptado también el concepto de pictograma al análisis comparativo de los sitios de splicing ortólogos, con el desarrollo del programa compi. / The constantly increasing amount of available genome sequences, along with an increasing number of experimental techniques, will help to produce the complete catalog of cellular functions for different organisms, including humans. Such a catalog will define the base from which we will better understand how organisms work at the molecular level. At the same time it will shed light on which changes are associated with disease. Therefore, the raw sequence from genome sequencing projects is worthless without the complete analysis and further annotation of the genomic features that define those functions. This dissertation presents our contribution to three related aspects of gene annotation on eukaryotic genomes. First, a comparison at sequence level of human and mouse genomes was performed by developing a semi-automatic analysis pipeline. The SGP2 gene-finding tool was developed from procedures used in this pipeline. The concept behind SGP2 is that similarity regions obtained by TBLASTX are used to increase the score of exons predicted by geneid, in order to produce a more accurate set of gene structures. SGP2 provides a specificity that is high enough for its predictions to be experimentally verified by RT-PCR. The RT-PCR validation of predicted splice junctions also serves as example of how combined computational and experimental approaches will yield the best results. Then, we performed a descriptive analysis at sequence level of the splice site signals from a reliable set of orthologous genes for human, mouse, rat and chicken. We have explored the differences at nucleotide sequence level between U2 and U12 for the set of orthologous introns derived from those genes. We found that orthologous splice signals between human and rodents and within rodents are more conserved than unrelated splice sites. However, additional conservation can be explained mostly by background intron conservation. Additional conservation over background is detectable in orthologous mammalian and chicken splice sites. Our results also indicate that the U2 and U12 intron classes have evolved independently since the split of mammals and birds. We found neither convincing case of interconversion between these two classes in our sets of orthologous introns, nor any single case of switching between AT-AC and GT-AG subtypes within U12 introns. In contrast, switching between GT-AG and GC-AG U2 subtypes does not appear to be unusual. Finally, we implemented visualization tools to integrate annotation features for gene- finding and comparative analyses. One of those tools, gff2ps, was used to draw the whole genome maps for human, fruitfly and mosquito. gff2aplot and the accompanying parsers facilitate the task of integrating sequence annotations with the output of homologybased tools, like BLAST.We have also adapted the concept of pictograms to the comparative analysis of orthologous splice sites, by developing compi.

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