How life originated from physical and chemical processes is one of the great questions still unanswered today. Studies towards this effort have transitioned from the notion of a single self-replicating entity to the idea that a network of interacting molecules made this initial biological leap. In order to understand the chemical kinetic and thermodynamic mechanisms that could engender pre-life type networks we present an empirical characterization of a network of RNA recombinase molecules. We begin with 1-, 2-, and 3-molecular ensembles and provide a game theoretic analysis to describe the frequency dependent dynamics of competing and cooperating RNA genotypes. This is then extended to 4- and 5-membered networks where varying topologies are compared and mechanisms that could lead to preferential growth and selection of genotypes are described. At the core of these network connections is ribozyme catalysis initiated through a 3-nucleotide base-pairing interface. With the development of a fluorescence anisotropy method, we are able to illustrate a correlation between these binding thermodynamics and network outcomes. Finally, we consider how the heterogeneity of the environment could impact network dynamics and develop a spectrum of spatial inducing methods in which our chemical populations can be probed. These experiments illustrate simple chemical dynamics of RNA interactions, yet these very processes are the foundation for building complexity and ultimately from where selection and evolvability derive.

O clado \"Adenocalymma-Neojobertia\" representa um dos dois principais clados da tribo Bignonieae. Ele inclui lianas, arbustos e arvoretas distribuídas por todo o neotrópico, e possui como centro de diversidade a Amazônia brasileira e a Mata Atlântica. O clado é extremamente variável em termos da morfologia e distribuição geográfica, o que o torna um desafio taxonômico para a circunscrição de espécies e gêneros. A classificação atual de Bignonieae reconhece Adenocalymma de forma ampla (82 espécies), já Neojobertia (três espécies) está entre os menores gêneros. Aqui, nós utilizamos sequenciamento de última geração (plastomas completos ou quase completos) e sequenciamento Sanger (ndhF, rpl32-trnL, PepC) para inferir a filogenia do clado \"Adenocalymma-Neojobertia\" utilizando uma ampla amostragem de caracteres (>88,137 pb) e taxa (90% de todas as espécies). Nossos resultados indicam que Adenocalymma é parafilético como circunscrito atualmente, com Neojobertia e Pleonotoma albiflora incluídos. Padrões de evolução morfológica foram avaliados para todo o clado utilizando métodos comparativos. Sinal filogenético e evolução pontuada foram testados e estados ancestrais inferidos para 32 caracteres. Desses, 19 caracteres possuem sinal filogenético e quatro são sinapomorfias de clados internos. Pecíolos e peciólulos articulados emergiu como potencial sinapomorfia de todo o clado \"Adenocalymma-Neojobertia\". Entre os caracteres que não possuem sinal filogenético, quatro caracteres com importância ecológica chamam a atenção: (i) Habito, (ii) cor da corola, (iii) forma da corola e (iv) presença de tricomas cupulares na corola. Hábito emergiu como altamente homoplástico e está potencialmente relacionado com a ocupação de novos habitats. A morfologia floral também emergiu como altamente homoplástica e evoluindo de forma pontuada, sugerindo que a cor da corola, forma da corola e a presença de tricomas cupulares na corola podem ter sido os responsáveis pela diversificação em pelo menos parte do clado. A filogenia molecular e o estudo morfológico foram então utilizados como subsídio para propor uma sinopse atualizada de Adenocalymma. A nova circunscrição do gênero proposta aqui revisa os limites das espécies e incluí todas as espécies de Neojobertia e P. Albiflora agora todas em Adenocalymma. Ao todo, estão sendo propostas quatro novas combinações, três espécies novas apresentadas e 15 novos sinônimos, fazendo com que o Adenocalymma tenha agora 74 espécies reconhecidas. Para todas as espécies reconhecidas, nós apresentamos comentários taxonômicos, comparações com espécies próximas, informação sobre o habitat, distribuição e fenologia. Além disso, mapas de distribuição e gráficos de fenologia são apresentados para todas as espécies / The \"Adenocalymma-Neojobertia\" clade represents one of two main clades of tribe Bignonieae. It includes lianas, shrubs, and treelets that are distributed throughout the Neotropics, and centered in Amazonia and the Atlantic Forest of Brazil. This clade is extremely variable in terms of morphology and geography, which has led to a series of taxonomic challenges in the circumscription of species and genera. The most recent classification of tribe Bignonieae recognizes a broad Adenocalymma (82 species) and a small Neojobertia (three species). Here, we used NGS (complete and nearly-complete plastomes) and Sanger sequencing data (ndhF, rpl32-trnL, pepC) to infer a robust phylogeny of the \"Adenocalymma-Neojobertia\" clade based on a broad sampling of molecular characters (> 88,137 bp), and taxa (90% of the overall species diversity). Our findings indicate that Adenocalymma is paraphyletic as currently circumscribed, with Neojobertia and Pleonotoma albiflora nested herein. Patterns of morphological evolution were evaluated for the whole clade using comparative methods. Phylogenetic signal and punctuated evolution was tested and ancestral character states inferred for 32 selected characters. Of these, 19 characters have significant phylogenetic signal and four are synapomorphies of internal clades. Articulated petioles and petiolules emerged as a putative synapomorphy of the whole \"Adenocalymma-Neojobertia\" clade. Among the characters without phylogenetic signal, four morphological traits of ecological significance are particularly relevant: (i) plant habit, (ii) corolla color, (iii) corolla shape, and (iv) corolla cupular trichomes. Plant habit was shown to be highly homoplastic and is thought to be associated with the occupation of new environments. Flower morphology was also highly homoplastic and evolved in a punctuated manner, suggesting that corolla color, corolla shape, and corolla cupular trichomes may have been important drivers of evolution in at least portions of this clade. The molecular phylogeny and the morphological information were then used to subsidize an updated synopsis of Adenocalymma. The new circumscription of the genus proposed here revises species limits and includes all species of Neojobertia and P. albiflora within Adenocalymma. Overall, four new combinations, three new species, and 15 new synonomies are proposed, leading to 74 taxa within Adenocalymma. For each species recognized, we provided taxonomic comments, comparisons between closely related taxa, information on the habitat, distribution, and phenology. In addition, distribution maps, and phenology plots are also shown for all species

Retrovírus endógenos (ERVs) são vírus que infectaram células germinativas e proliferaram no genoma do hospedeiro. A família K está integrada apenas no genoma de primatas do Velho Mundo. Os ERVs promovem alterações estruturais nos genomas hospedeiros, sendo fundamentais para a sua evolução. Esse trabalho teve como objetivo realizar uma investigação da distribuição e dinâmica evolutiva de ERV-K nos diferentes hospedeiros. Foram identificados 58 ERV-K em humanos, 38 em chimpanzés, 35 em orangotangos e 19 em macaco rhesus. Análises filogenéticas evidenciaram dois grupos principais, Grupo O/N, que compreende os provirus mais antigos e os mais recentes, e Grupo I, com provirus com tempo de integração intermediário. A dinâmica de espalhamento de ERV-K diferiu entre os hospedeiros. A fixação e eliminação dos ERV-K é resultado de fatores demográficos e populacionais, como gargalos de garrafa e expansões sofridas ao longo da evolução. Análises de quais provírus são ativos em pacientes com HIV e com cancer demonstrou que distintos ERVs são transativados, sugerindo alguma consequencia biológica para o hospedeiro. Além disso, a atividade dos ERVs não depende exclusivamente do tempo de integração, mas sim da integridade de regiões específicas contidas na LTR. / Endogenous retroviruses (ERVs) are remains of ancient viral infection in the germ line cells and subsequent vertical transmission. The K family are integrated only in humans and the Old World monkeys. ERVs play a fundamental role on genome evolution and foster variability. The aim of this work was to investigate their distribution and evolutionary dynamics in primate hosts. We found 55 ERV-K genomes in the human genome, 38 in chimpanzee, 35 in orangutan and 19 in Rhesus monkey. Two main groups were recovered by phylogenetic inference, Group O/N, comprising the newest and the oldest proviruses and, Group I, enclosing those with intermediate integration time. Although the primary integration took place in the ancestral lineage of all primates investigated, their evolutionary dynamic was different among them. I propose that ERV-K dynamics depends on the host demography experienced throughout their evolution. This work also investigated the putative source of proviral transcripts detected in HIV carries and cancer patients. The differential expression found under these conditions suggested a biological role of the ERV-K overexpression. Finally, the results showed that the ERV-K overexpression depends on the integrity of specific promoters in their LTR.

O gênero Astyanax é um dos mais especiosos da ordem Characiformes. Suas mais de 100 espécies distribuemse por praticamente toda a região Neotropical e habitam os mais diversos ambientes, como regiões montanhosas, trechos lóticos e leitos de rios, porções lênticas ou lagunares e nascentes. Durante cerca de trinta anos estes peixes têm sido alvo de estudos cromossômicos, que os caracterizaram como um grupo com grande diversidade citogenética. Recentemente, o advento de técnicas de citogenética molecular e de estudos empregando marcadores de DNA tem produzido novos dados sobre a biologia evolutiva do grupo, e possibilitado a revisitação de antigos problemas do gênero, como sua difícil classificação taxonômica. No presente trabalho buscouse a caracterização citogenética e a análise de segmentos do mtDNA (seqüências parciais das regiões dos genes ND2 e ATPase6/8) de diferentes espécies e populações de Astyanax, com a finalidade de contribuir para o reconhecimento de padrões e processos evolutivos no gênero. Foram analisados exemplares provenientes das bacias hidrográficas dos rios São Francisco, Tietê, Paranapanema, MogiGuaçu, Iguaçu, Paraíba do Sul, Ribeira de Iguape e Guapimirim. Os resultados forneceram panoramas filogeográficos e estabeleceram relações evolutivas entre as espécies analisadas, utilizando dados associados de duas classes diferentes de marcadores genéticos. Através da aplicação de técnicas citogenéticas clássicas e moleculares são apresentados dados cariotípicos de A. altiparanae, A. aff. bimaculatus, A. bockmanni, A. aff. fasciatus, A. hastatus, A. mexicanus e A. ribeirae. Nos estudos filogenéticos foram utilizadas, adicionalmente às seqüências das espécies acima citadas, dados provenientes de Astyanax sp.B, A. giton, A. intermedius, A. lacustris, A. aff. scabripinnis, Bryconamericus iheringii, Mimagoniatis microlepis e Roeboides occidentalis. Foram ainda incluídas nas análises seqüências do mtDNA de haplótipos diferentes de A. mexicanus e A. bimaculatus retirados da literatura. Para as diferentes populações amostradas dos grupos A. altiparanae, A. aff. bimaculatus e A. aff. fasciatus, foram efetuadas análises filogeográficas associadas a dados cromossômicos. As análises cromossômicas e moleculares do sistema de drenagem do Leste e de bacias circunvizinhas apresentadas no presente trabalho forneceram dados adicionais para o entendimento da biologia evolutiva do gênero Astyanax. iv Outra contribuição do presente estudo foi a inferência das relações evolutivas de algumas das mais bem estudadas espécies do gênero Astyanax, que a despeito da sua importância ecológica e de constituírem um modelo para estudos cromossômicos e evolutivos, ainda não apresentam estudos filogenéticos amplos. Ainda, a associação de dados cromossômicos e moleculares forneceu um panorama interessante sobre as relações evolutivas em algumas espécies do gênero, bem como sobre os processos e padrões evolutivos presentes nos Astyanax. / Astyanax is one of the species-richest genera within the order Characiformes. More than 100 representatives are widespread throughout nearly all the Neotropical region, inhabiting an array of environments, such as mountain areas, lotic and lentic river portions, lake systems and headwaters. This fish group has been a target of chromosomal studies for over 30 years, showing a remarkable cytogenetic diversity. Recently, the advances in molecular cytogenetics and DNA marker studies have provided new data about the evolutionary biology in this group, allowing revisiting former issues in species of this genus, such as their problematic taxonomical classification. In the present work, we attempted to obtain a cytogenetic characterization and analyze mtDNA segments (partial sequences of the genes ND2 and ATPase6/8) of different species and populations of Astyanax, in order to identify the evolutionary patterns and processes within the genus. Specimens from São Francisco, Tietê, Paranapanema, Mogi-Guaçu, Iguaçu, Paraíba do Sul, Ribeira de Iguape and Guapimirim hydrographic basins were collected. The results revealed phylogeographic scenarios and enabled us to establish the evolutionary relationships among the analyzed species, by associating data from two distinct classes of genetic markers. Through classic and molecular cytogenetic techniques, we present karyotypic data in A. altiparanae, A. aff. bimaculatus, A. bockmanni, A. aff. fasciatus, A. hastatus, A. mexicanus and A. ribeirae. For the phylogenetic studies, we also used, besides those sequences of the species abovementioned, data from the species Astyanax sp.B, A. giton, A. intermedius, A. lacustris, A. aff. scabripinnis, Bryconamericus iheringii, Mimagoniatis microlepis e Roeboides occidentalis. In the mtDNA analyses, sequences from the mtDNA of A. aeneus, and different haplotypes of A. mexicanus and A. bimaculatus available in the literature were included as well. Phylogeographic analyses coupled with chromosomal data were performed for the distinct populational samples in the groups A. altiparanae, A. aff. bimaculatus and A. aff. fasciatus. Both molecular and chromosomal analyses along Eastern drainage systems and nearby basins carried out in the present work provided additional information to the understanding of the evolutionary biology in the genus Astyanax. Another contribution of the present work refers to the inference on the evolutionary vi relationships in some of the most intensively studied species in the genus Astyanax, that, despite of their ecological importance and their role as a model for chromosomal and evolutionary studies, still lack more complete phylogenetic approaches. Furthermore, the association between chromosomal and molecular data revealed an interesting panorama about the evolutionary relationships in some species of this genus, as well as the evolutionary processes and patterns identified within Astyanax.

A comparação de taxas de substituição não-sinônimas (dN) e sinônimas (dS) permite inferir quais regimes de seleção operaram sobre regiões codificadoras. Genes com d>N/dS > 1 são candidatos a estarem sob seleção positiva, e scans genômicos em busca dessa assinatura se revelaram uma ferramenta poderosa. Trata-se de um método robusto, uma vez que assume-se que tais sítios estão intercalados nas regiões do genoma sob estudo (e portanto partilham a mesma história demográfica), e que têm como foco a variação em genes específicos, eliminando ambiguidades acerca do alvo da seleção. Por outro lado, o critério de ω > 1 para que genes estejam sob seleção positiva é muito conservador. Isso ocorre porque geralmente apenas alguns códons estão sob seleção positiva, enquanto a maior parte das mutações não-sinônimas são deletérias e, portanto, estão sob seleção purificadora. Por isso, convencionou-se analisar subconjuntos de códons em busca de seleção, seja através de uma base de dados mais restrita ou através de modelos que estimam diferentes valores de ω para subconjuntos de códons, tornando possível inferir quais deles estão sob seleção positiva. Os genes das moléculas MHC têm vários padrões de variação que indicam que algum tipo de seleção balanceadora atuou sobre eles (alta diversidade, grande diferenciação entre alelos e a existência de polimorfismos trans-específicos). Os genes HLA constituem um subconjunto de genes do MHC humano e estão localizados no braço curto do cromossomo 6. Os genes clássicos de classe I (HLA-A, HLA-B e HLA-C) são expressos na maior parte das células somáticas e desempenham papel central no processo de resposta imune adaptativa, capturando e apresentando peptídeos na superfície celular. A região da molécula de MHC à qual antígenos são ligados para serem apresentados a linfócitos T, dessa forma iniciando a resposta imune adaptativa, é conhecida como sítio de reconhecimento do antígeno (ARS). É bem estabelecido que os códons ARS apresentam taxas de substituição não-sinônimas maiores que as taxas sinônimas para esses três locos, consistente com um efeito de seleção balanceadora levando a maior variabilidade funcional na região da molécula que interage com o peptídeo. Os genes HLA clássicos apresentam centenas de alelos, e esses constituem clados que reúnem alelos filogeneticamente relacionados e com similaridades funcionais. Apesar de não haver controvérsia sobre a existência de seleção sobre genes HLA, não existe consenso acerca da importância relativa da seleção sobre linhagens alélicas e sobre alelos individuais na diversificação dos alelos de HLA, e essa foi a questão que decidimos investigar. Nossa hipótese nula foi a de que as linhagens foram os alvos da seleção e a hipótese alternativa foi a de que os alelos individuais foram alvos da seleção ao longo da história evolutiva dos genes HLA. Buscamos, primeiramente, fazer uma validação do método de inferência de dN/dS usando como estudo de caso os códons ARS e sua relação com a capacidade de inferência. Constatamos que, dos códons que encontramos sob seleção positiva, todos (exceto um) estão também na classificação clássica dos códons ARS ou a ±1 códon de distância destes, mostrando que existem evidências de seleção em sítios vizinhos aos ARS. Portanto, uma classificação expandida, que inclua os códons sob seleção que não estão nas classificações ARS comumente utilizadas, deveria aumentar o poder estatístico de testes de modelos de seleção nos genes HLA. Ao comparar os resultados obtidos em análises filogenéticas com bases de dados com e sem recombinantes, verificamos que a remoção de alelos recombinantes altera as estimativas de parâmetros, a identificação de códons com evidência de seleção e a significância dos testes de comparação de modelos. Nossas análises mostraram que ω é significativamente maior para pares de alelos de linhagens diferentes do que para pares de alelos de uma mesma linhagem e que existe uma correlação positiva significativa entre o tempo de divergência dos alelos e as estimativas de ω. Verificamos, ainda, que é possível rejeitar um modelo nulo de uma razão ω estimada para todos os ramos da árvore filogenética e favorecer um modelo em que ω é estimado separadamente para ramos entre e intra-linhagens em HLA-C. Em HLA-A e HLA-C, ω é significativamente > 1 entre linhagens. Mostramos também, para os mesmos locos, ω é significativamente > 1 nos ramos internos. Em HLA-C, o modelo que estima ω separadamente para ramos internos e terminais foi favorecido. Nossos resultados mostram que a intensidade de seleção atuando entre linhagens é maior do que aquela dentro de linhagens. Entretanto, mesmo dentro de linhagens, há fortes evidências de desvios de neutralidade, sugerindo a ação da seleção natural. / The comparison of non-synonymous (dN) and synonymous (dS) substitution rates allows us to infer selection schemes which operated in coding regions. Genes with dN/dS > 1 are candidates to be under positive selection, and genome scans in search for this signature have proved to be a powerful tool. It is a robust method, since it is assumed that such sites are interspersed in regions of the genome under study (and therefore share the same demographic history), and which focuses on the variation in specific genes, eliminating ambiguities about the target of selection. On the other hand, the criterion of ω > 1 for genes to be considered under positive selection is very conservative. This is because usually only a few codons are under positive selection, while most non-synonymous mutations are deleterious and are thus under purifying selection. Therefore, it has been conventioned to analyze subsets of codons in search of selection, either through a narrower data set or through models that calculate different ω values for subsets of codons, making it possible to infer which of them are under positive selection. The MHC molecules genes have different variation patterns that indicate some sort of balancing selection acted upon them (high diversity, large differentiation between alleles and the existence of trans-specific polymorphisms). HLA genes are a subset of human MHC genes and are located on the short arm of chromosome 6. The classical class I genes (HLA-A, HLA-B and HLA-C) are expressed in most somatic cells and play a central role in the process of adaptive immune response, capturing and presenting peptides on the cell surface. The region of the MHC molecule to which antigens are bound to be presented to T lymphocytes, thereby initiating the adaptive immune response, is known as the antigen recognition site (ARS). It is well established that ARS codons have higher non-synonymous than synonymous substitution rates on these three loci, consistent with an effect of balancing selection leading to greater variability in the functional region of the molecule that interacts with the peptide. The classical HLA genes have hundreds of alleles, and these constitute clades which group phylogenetically related and functionally similar alleles. Although there is no controversy about the existence of selection acting on HLA genes, there is no consensus on the relative importance of selection on allelic lineages and on individual alleles on the diversification of HLA alleles, and that was the question we decided to investigate. Our null hypothesis was that lineages were targets of selection and the alternative hypothesis was that the individual alleles were targets of selection during the evolutionary history of HLA genes. We sought, first, to make a validation of the method of inference dN/d>S using as a case study the ARS codons and their relation to the ability of inference. Of all the codons under selection we found, all (except one) are also in the classification of classical ARS codons or ±1 codon away from these, showing that there is evidence of selection at nearby sites to the ARS. Therefore, an expanded classification, which includes the codons under selection that are not commonly used in the ARS classifications, should increase the statistical power of selecion model tests on the HLA genes. By comparing the results obtained in phylogenetic analysis using data sets with or without recombinants, we found that the removal of recombinant alleles alters the parameter estimates, the identification of codons with evidence of selection and the significance of model comparison tests. Our analysis showed that ω is significantly higher for pairs of alleles from different lineages than for pairs of alleles from the same lineage and that there is a significant positive correlation between time of divergence of alleles and estimates of ω. We also verified that it is possible to reject a null model of one ω estimated for all branches of the phylogenetic tree and favor a model where ω is estimated separately for branches within and between lineages of HLA-C. In HLA-A and HLA-C, ω is significantly > 1 between lineages. We also show that, for these same loci, ω fis significantly greater than one or internal branches. In HLA-C, the model that estimates ω separately for terminal and internal branches was favored. Our results show that the intensity of selection between lineages is greater then within them. However, even within lineages, there is a strong evidence of deviation from neutrality, suggesting the action of natural selection.

Esta tese de doutorado versa sobre relações filogenéticas, evolução e biogeografia das espécies do gênero Ramphastos, representado pelos tucanos. / This PhD thesis is about phylogenetics, evolution and biogeography of the species of the genus Ramphastos (toucans).

The essence of metabolic engineering is the modification of microbes for the overproduction of useful compounds. These cellular factories are increasingly recognized as an environmentally-friendly and cost-effective way to convert inexpensive and renewable feedstocks into products, compared to traditional chemical synthesis from petrochemicals. The products span the spectrum of specialty, fine or bulk chemicals, with uses such as pharmaceuticals, nutraceuticals, flavors and fragrances, agrochemicals, biofuels and building blocks for other compounds. However, the process of metabolic engineering can be long and expensive, primarily due to technological hurdles, our incomplete understanding of biology, as well as redundancies and limitations built into the natural program of living cells. Combinatorial or directed evolution approaches can enable us to make progress even without a full understanding of the cell, and can also lead to the discovery of new knowledge. This thesis is focused on addressing the technological bottlenecks in the directed evolution cycle, specifically de novo DNA assembly to generate strain libraries and small molecule product screens and selections.

O gênero Astyanax é um dos mais especiosos da ordem Characiformes. Suas mais de 100 espécies distribuemse por praticamente toda a região Neotropical e habitam os mais diversos ambientes, como regiões montanhosas, trechos lóticos e leitos de rios, porções lênticas ou lagunares e nascentes. Durante cerca de trinta anos estes peixes têm sido alvo de estudos cromossômicos, que os caracterizaram como um grupo com grande diversidade citogenética. Recentemente, o advento de técnicas de citogenética molecular e de estudos empregando marcadores de DNA tem produzido novos dados sobre a biologia evolutiva do grupo, e possibilitado a revisitação de antigos problemas do gênero, como sua difícil classificação taxonômica. No presente trabalho buscouse a caracterização citogenética e a análise de segmentos do mtDNA (seqüências parciais das regiões dos genes ND2 e ATPase6/8) de diferentes espécies e populações de Astyanax, com a finalidade de contribuir para o reconhecimento de padrões e processos evolutivos no gênero. Foram analisados exemplares provenientes das bacias hidrográficas dos rios São Francisco, Tietê, Paranapanema, MogiGuaçu, Iguaçu, Paraíba do Sul, Ribeira de Iguape e Guapimirim. Os resultados forneceram panoramas filogeográficos e estabeleceram relações evolutivas entre as espécies analisadas, utilizando dados associados de duas classes diferentes de marcadores genéticos. Através da aplicação de técnicas citogenéticas clássicas e moleculares são apresentados dados cariotípicos de A. altiparanae, A. aff. bimaculatus, A. bockmanni, A. aff. fasciatus, A. hastatus, A. mexicanus e A. ribeirae. Nos estudos filogenéticos foram utilizadas, adicionalmente às seqüências das espécies acima citadas, dados provenientes de Astyanax sp.B, A. giton, A. intermedius, A. lacustris, A. aff. scabripinnis, Bryconamericus iheringii, Mimagoniatis microlepis e Roeboides occidentalis. Foram ainda incluídas nas análises seqüências do mtDNA de haplótipos diferentes de A. mexicanus e A. bimaculatus retirados da literatura. Para as diferentes populações amostradas dos grupos A. altiparanae, A. aff. bimaculatus e A. aff. fasciatus, foram efetuadas análises filogeográficas associadas a dados cromossômicos. As análises cromossômicas e moleculares do sistema de drenagem do Leste e de bacias circunvizinhas apresentadas no presente trabalho forneceram dados adicionais para o entendimento da biologia evolutiva do gênero Astyanax. iv Outra contribuição do presente estudo foi a inferência das relações evolutivas de algumas das mais bem estudadas espécies do gênero Astyanax, que a despeito da sua importância ecológica e de constituírem um modelo para estudos cromossômicos e evolutivos, ainda não apresentam estudos filogenéticos amplos. Ainda, a associação de dados cromossômicos e moleculares forneceu um panorama interessante sobre as relações evolutivas em algumas espécies do gênero, bem como sobre os processos e padrões evolutivos presentes nos Astyanax. / Astyanax is one of the species-richest genera within the order Characiformes. More than 100 representatives are widespread throughout nearly all the Neotropical region, inhabiting an array of environments, such as mountain areas, lotic and lentic river portions, lake systems and headwaters. This fish group has been a target of chromosomal studies for over 30 years, showing a remarkable cytogenetic diversity. Recently, the advances in molecular cytogenetics and DNA marker studies have provided new data about the evolutionary biology in this group, allowing revisiting former issues in species of this genus, such as their problematic taxonomical classification. In the present work, we attempted to obtain a cytogenetic characterization and analyze mtDNA segments (partial sequences of the genes ND2 and ATPase6/8) of different species and populations of Astyanax, in order to identify the evolutionary patterns and processes within the genus. Specimens from São Francisco, Tietê, Paranapanema, Mogi-Guaçu, Iguaçu, Paraíba do Sul, Ribeira de Iguape and Guapimirim hydrographic basins were collected. The results revealed phylogeographic scenarios and enabled us to establish the evolutionary relationships among the analyzed species, by associating data from two distinct classes of genetic markers. Through classic and molecular cytogenetic techniques, we present karyotypic data in A. altiparanae, A. aff. bimaculatus, A. bockmanni, A. aff. fasciatus, A. hastatus, A. mexicanus and A. ribeirae. For the phylogenetic studies, we also used, besides those sequences of the species abovementioned, data from the species Astyanax sp.B, A. giton, A. intermedius, A. lacustris, A. aff. scabripinnis, Bryconamericus iheringii, Mimagoniatis microlepis e Roeboides occidentalis. In the mtDNA analyses, sequences from the mtDNA of A. aeneus, and different haplotypes of A. mexicanus and A. bimaculatus available in the literature were included as well. Phylogeographic analyses coupled with chromosomal data were performed for the distinct populational samples in the groups A. altiparanae, A. aff. bimaculatus and A. aff. fasciatus. Both molecular and chromosomal analyses along Eastern drainage systems and nearby basins carried out in the present work provided additional information to the understanding of the evolutionary biology in the genus Astyanax. Another contribution of the present work refers to the inference on the evolutionary vi relationships in some of the most intensively studied species in the genus Astyanax, that, despite of their ecological importance and their role as a model for chromosomal and evolutionary studies, still lack more complete phylogenetic approaches. Furthermore, the association between chromosomal and molecular data revealed an interesting panorama about the evolutionary relationships in some species of this genus, as well as the evolutionary processes and patterns identified within Astyanax.

Drosophila is involved in a wide range of interactions with parasites and pathogens (parasitoid wasps, bacteria, fungi, viruses). Drosophila hosts vary greatly at the species, population and individual level, in their response against such organisms, and much of this variation has a genetic basis. In this thesis I explored three aspects of this variation. First, using recombination mapping based on SNPs and a variation of bulk segregant analysis, I identified a QTL region on the right arm of the third chromosome of D. melanogaster associated with resistance to at least some of the parasitoid species / strains used in the experiments. The location of the QTL was further explored with deficiency complementation mapping and was narrowed down to the 96D1-97B1 region. The success of the deficiency mapping suggests that the resistant allele is not completely dominant. Second, I investigated patterns of molecular evolution in a set of immunity-related genes, using sequences from a D. melanogaster and a D. simulans population and a set of genes without known involvement in immunity for comparison. I found evidence that several of these genes have evolved under different selection pressure in each species, possibly indicating interactions with different parasites. The immunity genes tested appear to be evolving faster compared to non-immunity genes, supporting the idea that the immune system is evolving under strong selective pressure from parasites. Finally, in a D. melanogaster – sigma virus system, I measured genetic variation in the transmission of different virus genotypes, in different environments. There was poor correlation between temperatures, suggesting that environmental heterogeneity could constraint evolution of resistance (to virus transmission). The correlation between viral genotypes was also low, although relatively stronger for more closely phylogenetically related viral strains. Such interactions between host genotypes, virus genotypes and environmental conditions can maintain genetic variation in virus transmission.

Dynamic Kinetic Selection (DKS) suggests that kinetic, rather than thermodynamic, stability will dictate the composition of a replicating population of biomolecules. Here, the results obtained from a series of five related reactions involving gradually increasing percentages of randomly-mutated substrate fragments to generate variants of full-length Azoarcus group I intron through an autocatalytic self-assembly reaction involving a series of recombination events, showed DKS as a driving factor in dictating the population composition of full-length product assembled from substrates that had fewer positions available to randomization. In trying to elucidate a plausible scheme for the origins of complex biomolecules on the prebiotic Earth, the suggestion that networks comprised of interacting molecules were more likely to evolve into biomolecules capable of obtaining and sustaining characteristics attributed to living molecules has gained traction within the past few years. Of specific interest is the catalytic efficacy of ribozymes whose genotypes require that they interact with molecules of the same genotype (selfish systems) to be effective catalysts versus those that are more effective when accomplishing catalysis by cooperating with ribozymes of a different genotype (cooperative systems). Here, the Azoarcus I ribozyme was used to compare these two types of system. Both systems were shown to robustly produce full-length product. Two different methods of introducing random mutations into substrate fragments for the reactions described in this thesis were employed. The differences in the preparation methods for the substrates was not expected to have an impact on the nature of the full-length product. However, there was no correlation between the positions that tended to be more tolerant of accepting random mutations between the products arising from the two preparation methods. One preparation method yielded full-length ribozymes more consistent with the secondary structure of the wild-type ribozyme and followed substitution patterns found in in vivo nucleic acid substitutions, whereas the other method provided full-length ribozymes that tolerated mutations that would be expected to greatly affect the secondary structure of the ribozyme and those positions tended to mutate evenly to any of the three possible alternative nucleobases. Point mutations introduced into ribozyme substrate fragments may have a deleterious, neutral, or beneficial effect, depending on their impact on the catalytic capability of the molecule vis-á-vis the effect, if any, the change has to the secondary and tertiary structure of the ribozyme. In this dissertation, the results of two series of point mutation reactions are addressed. The first set showed a point mutation to have a deleterious effect, whereas concerted mutations did not significantly affect activity of the ribozyme. The second series of reactions involved point mutations at a position that had previously been determined to be highly tolerant of random mutations. Results suggested that substitutions at this position had a minimal impact on ribozyme activity.