The period gene determines biological rhythmicity in Drosophila melanogaster. The X-linked gene is 7.4kb, containing 8 exons and 7 introns from which a 4.5kb message is translated. A striking feature of the protein encoded by per is a series of alternating threonine-glycine residues in the fifth exon. Moreover, this string of residues is polymorphic for length variation in natural populations, the most frequent variants having 17, 20 or 23 Thr-Gly pairs. In the present study, a geographic analysis of this polymorphism within North American populations was conducted, the results of which indicate significant variation of allele frequency with latitude. The use of spatial autocorrelation analysis and Mantel tests clearly show that the most common variant, encoding 17 Thr-Gly pairs, exhibits a clinal pattern in its distribution along a north-south axis. Furthermore, DNA sequence analysis of several variants has uncovered a novel new variant which encodes 22 Thr-Gly pairs whose nucleotide sequence differs from any published data. Similar statistical analysis conducted on seven allozymes for populations collected along the same transect shows that several have monotonic clinal patterns in their allele frequency distributions which also show correlation with latitude. A previous study of morphological traits on the same populations showed the existence of a non-monotonic clinal pattern. Comparison of the results observed for the molecular and morphological markers indicates that they are subject to different evolutionary forces. The results highlight the importance of comparing patterns of geographic variation using different genetic elements. / Thesis / Master of Science (MS)

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-09-21T12:18:22Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE Cesar Costa Junior.pdf: 3090772 bytes, checksum: b18f3c21a3f1df343da0d3d471aba453 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-21T12:18:22Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE Cesar Costa Junior.pdf: 3090772 bytes, checksum: b18f3c21a3f1df343da0d3d471aba453 (MD5) Previous issue date: 2016-03-11 / FACEPE / O status taxonômico de espécie tem se mostrado essencial em relação a conservação de espécies como também para estudos eco-epidemiológicos. O status taxonômico em insetos vetores tem demonstrado que muitas espécies anteriormente ditas como únicas, compreendiam, na verdade, um complexo de espécies crípticas em que seus integrantes podem ter capacidades vetoriais diferenciadas, e.g. Anopheles gambie Lutzomyia longipalpis sl, inseto vetor da Leishmania infantum (agente etiológico da leishmaniose visceral americana), possui status taxonômico ainda controverso e diversos estudos têm sido realizados à fim de esclarecer o real status deste vetor. Apesar de diversas populações apresentarem características exclusivas (e.g. feromônios, sons copulatórios, padrões de manchas abdominais e estrutura genética), a quase duas décadas apenas uma espécie do complexo foi descrita, a L. pseudolongipalpis. Foi avaliado três localidades do nordeste do Brasil, das quais duas possuem como barreira geográfica a Chapada do Araripe. Foram utilizadas metodologias robustas como Análise de Máxima Verossimilhança, Teste de atribuição e AMOVA.Este estudo utilizou um fragmento do gene period, sendo que o Teste de Atribuição, Fst e a Máxima Verossimilhança separaram agruparam os dados genéticos com as diferenças fenotípicas e pela primeira vez o AMOVA demonstrou que a maior variação genética estava na relação entre o número de manchas abdominais e a estrutura genética das populações, sendo o primeiro trabalho a evidenciar a ancestralidade do fenótipo que apresentava uma mancha abdominal (1S) em relação ao fenótipo com duas manchas (2S). O Fst encontrado evidenciou, pela primeira vez, as relações filogeográficas separando moderadamente as populações isoladas pela a chapada do Araripe. / he taxonomic status of species is essential for conservation and has also been of great importance in eco-epidemiological studies. The definition of the taxonomic status for insect vectors has demonstrated that several previously identified species are in fact comprised of a complex of cryptic species with different vectorial capacity (e.g. Anopheles gambie). For the sand fly Lutzomyia longipalpis sl, principal vector of Leishmania infantum, the etiological agent of American visceral leishmaniasis, the taxonomic status remains controversial and several studies have been conducted to clarify the actual status of this vector. Although diverse populations present unique characteristics (e.g. pheromones, copulatory sounds, patterns of abdominal spots and genetic structure), for nearly two decades only one species of the complex was described, L. pseudolongipalpis. In this study, we evaluated three sites in Northeastern Brazil where two of them have as geographical barrier the plateau of Araripe. The study used robust methods such as Maximum Likelihood analysis, assigning test and AMOVA. The present study used a fragment of the period gene (525 base pairs), and has demonstrated for the first time a relationship between the number of abdominal spots and the genetic structure of the population, being first study to show the ancestry of the phenotype showed one abdominal spot (1S) compared to the phenotype with two spots (2S). As well as the Fst found separated populations isolated by the Araripe plateau.

Nosso grupo de pesquisa estuda ritmos circadianos em um roedor subterrâneo do gênero Ctenomys, o tuco-tuco. Nesta tese, apresentarei dados sobre sincronização fótica e não-fótica dos ritmos circadianos em tuco-tucos, e sobre sincronização não-fótica em camundongos. Investigamos a sincronização fótica em tuco-tucos por meio de uma abordagem conjunta de campo e laboratório. Inicialmente medimos o ciclo claro/escuro natural percebido por animais mantidos em áreas cercadas em campo, utilizando aparelhos light loggers que registraram continuamente o padrão temporal diário da exposição à luz. Em seguida, foi aplicado um modelo desse padrão de exposição à luz em laboratório, para testar o seu potencial como um sincronizador fótico dos ritmos circadianos dos tuco-tucos. O modelo consistiu em pulsos de luz aplicados uma vez por dia em diferentes momentos aleatórios. Apesar de carregar o mínimo de informação temporal, esse regime luminoso foi um sincronizador eficiente em muitos casos, tal como previsto anteriormente a partir de simulações computacionais de um oscilador matemático. Os resultados revelam que a sincronização de osciladores circadianos é ainda mais robusta do que se imaginava. Nosso segundo conjunto de experimentos avaliou a sincronização não-fótica em tuco-tucos, os quais são herbívoros, expostos a ciclos diários de disponibilidade de alimentos. Semelhante a outras espécies de roedores, tuco-tucos desenvolveram uma atividade antecipatória ao alimento, expressa diariamente antes da alimentação. Houve, no entanto, grande variabilidade inter-individual na expressão da atividade antecipatória, provavelmente relacionada com diferenças nas respostas metabólicas à restrição temporal do alimento. O trabalho final foi uma colaboração com o Dr. Shin Yamazaki, sobre sincronização não-fótica em camundongos do tipo selvagem e camundongos mutantes com ablação genética do relógio circadiano. Ciclos diários de alimentos palatáveis e de corrida em roda induziram ritmicidade autossustentada em camundongos mutantes arrítmicos, que não expressavam os genes Period, componentes importantes da maquinaria molecular que gera os ritmos circadianos nas células. Estes resultados sugerem a existência de novos osciladores circadianos que respondem a sinais diários de recompensa. Enquanto espécies modelo de laboratório, tais como o camundongo, podem trazer informações valiosas sobre os mecanismos fisiológicos, as espécies selvagens como o tuco-tuco podem nos dar pistas sobre o significado ecológico dos fenômenos circadianos / Our research group studies circadian rhythms in a subterranean rodent from the genus Ctenomys, the tuco-tuco. In this thesis, I will present data on photic and non-photic synchronization of circadian rhythms in tuco-tucos, as well as a study on non-photic synchronization in the laboratory mouse. Natural photic synchronization in tuco-tucos was verified with field and laboratory approaches. We initially measured the natural light/dark cycle experienced by tuco-tucos in semi natural field enclosures, by means of automatic light logger devices that continuously recorded the daily temporal pattern of light exposure. Next, a model of this light exposure pattern was applied to tuco-tucos in the laboratory, to test its potential as a photic synchronizer of the circadian rhythms. The model consisted of single light pulses applied once a day at varying random times. Despite the minimal timing information, this light regimen was a successful synchronizer in many instances, as predicted from previous computer simulations of a mathematical oscillator. These results revealed that the synchronization of circadian oscillators is even more robust than previously thought. Our second set of experiments evaluated the non-photic synchronization in the herbivorous tuco-tucos, by exposing animals to daily cycles of food availability. Similar to other rodent species, tuco-tucos in this protocol developed a circadian food anticipatory activity (FAA) right before the daily feeding time. However, there was great interindividual variability in FAA expression, likely related to differences in the metabolic responses to time-restricted feeding. The final work was a collaboration with Dr. Shin Yamazaki from the University of Texas Southwestern Medical Center, regarding non-photic synchronization in wildtype and mutant mice with genetic disruption of the circadian clock. Daily cycles of palatable food and wheel running induced self-sustaining rhythmicity in arrhythmic mutant mice, which do not express the Period genes, key components of the molecular machinery responsible for circadian rhythm generation within the cells. These results suggest the existence of novel circadian oscillators responsive to daily rewarding signals. While model laboratory species such as the mouse can bring valuable information on physiological mechanisms, wild species like the tuco-tuco can give us insights into the ecological meaning of circadian phenomena

Nosso grupo de pesquisa estuda ritmos circadianos em um roedor subterrâneo do gênero Ctenomys, o tuco-tuco. Nesta tese, apresentarei dados sobre sincronização fótica e não-fótica dos ritmos circadianos em tuco-tucos, e sobre sincronização não-fótica em camundongos. Investigamos a sincronização fótica em tuco-tucos por meio de uma abordagem conjunta de campo e laboratório. Inicialmente medimos o ciclo claro/escuro natural percebido por animais mantidos em áreas cercadas em campo, utilizando aparelhos light loggers que registraram continuamente o padrão temporal diário da exposição à luz. Em seguida, foi aplicado um modelo desse padrão de exposição à luz em laboratório, para testar o seu potencial como um sincronizador fótico dos ritmos circadianos dos tuco-tucos. O modelo consistiu em pulsos de luz aplicados uma vez por dia em diferentes momentos aleatórios. Apesar de carregar o mínimo de informação temporal, esse regime luminoso foi um sincronizador eficiente em muitos casos, tal como previsto anteriormente a partir de simulações computacionais de um oscilador matemático. Os resultados revelam que a sincronização de osciladores circadianos é ainda mais robusta do que se imaginava. Nosso segundo conjunto de experimentos avaliou a sincronização não-fótica em tuco-tucos, os quais são herbívoros, expostos a ciclos diários de disponibilidade de alimentos. Semelhante a outras espécies de roedores, tuco-tucos desenvolveram uma atividade antecipatória ao alimento, expressa diariamente antes da alimentação. Houve, no entanto, grande variabilidade inter-individual na expressão da atividade antecipatória, provavelmente relacionada com diferenças nas respostas metabólicas à restrição temporal do alimento. O trabalho final foi uma colaboração com o Dr. Shin Yamazaki, sobre sincronização não-fótica em camundongos do tipo selvagem e camundongos mutantes com ablação genética do relógio circadiano. Ciclos diários de alimentos palatáveis e de corrida em roda induziram ritmicidade autossustentada em camundongos mutantes arrítmicos, que não expressavam os genes Period, componentes importantes da maquinaria molecular que gera os ritmos circadianos nas células. Estes resultados sugerem a existência de novos osciladores circadianos que respondem a sinais diários de recompensa. Enquanto espécies modelo de laboratório, tais como o camundongo, podem trazer informações valiosas sobre os mecanismos fisiológicos, as espécies selvagens como o tuco-tuco podem nos dar pistas sobre o significado ecológico dos fenômenos circadianos / Our research group studies circadian rhythms in a subterranean rodent from the genus Ctenomys, the tuco-tuco. In this thesis, I will present data on photic and non-photic synchronization of circadian rhythms in tuco-tucos, as well as a study on non-photic synchronization in the laboratory mouse. Natural photic synchronization in tuco-tucos was verified with field and laboratory approaches. We initially measured the natural light/dark cycle experienced by tuco-tucos in semi natural field enclosures, by means of automatic light logger devices that continuously recorded the daily temporal pattern of light exposure. Next, a model of this light exposure pattern was applied to tuco-tucos in the laboratory, to test its potential as a photic synchronizer of the circadian rhythms. The model consisted of single light pulses applied once a day at varying random times. Despite the minimal timing information, this light regimen was a successful synchronizer in many instances, as predicted from previous computer simulations of a mathematical oscillator. These results revealed that the synchronization of circadian oscillators is even more robust than previously thought. Our second set of experiments evaluated the non-photic synchronization in the herbivorous tuco-tucos, by exposing animals to daily cycles of food availability. Similar to other rodent species, tuco-tucos in this protocol developed a circadian food anticipatory activity (FAA) right before the daily feeding time. However, there was great interindividual variability in FAA expression, likely related to differences in the metabolic responses to time-restricted feeding. The final work was a collaboration with Dr. Shin Yamazaki from the University of Texas Southwestern Medical Center, regarding non-photic synchronization in wildtype and mutant mice with genetic disruption of the circadian clock. Daily cycles of palatable food and wheel running induced self-sustaining rhythmicity in arrhythmic mutant mice, which do not express the Period genes, key components of the molecular machinery responsible for circadian rhythm generation within the cells. These results suggest the existence of novel circadian oscillators responsive to daily rewarding signals. While model laboratory species such as the mouse can bring valuable information on physiological mechanisms, wild species like the tuco-tuco can give us insights into the ecological meaning of circadian phenomena