Hox and ParaHox genes are groups of key developmental transcription factors that are highly conserved throughout the Metazoa. Their order of expression along the body axis of an animal is not only highly conserved between different organisms, but is also collinear to the arrangement of individual genes along the chromosome. Studies of these developmental control genes can give valuable insights into the evolution of body plans. A total of 7 homeobox containing genes (<I>dpl1-dpl7</I>) were isolated form the <I>D. listerianum </I> genome. Four of these were members of the <I>Hox</I> gene family and of the <I>ParaHox </I>gene family. Initial fragments were isolated using the method of degenerate PCR with primers designed from the highly conserved amino acid sequence of the 1^st and 3^rd helix of the homeodomain. Short fragments limit gene characterisation and as such, regions flanking the degenerate PCR products were isolated, using inverse PCR, 3' and 5' RACE PCR. Phylogenetic relationships of the genes are also examined. <I>Dpl1</I> exhibited high identities with the arthropod <I>Antennapedia</I> and the vertebrate <I>Hox6 </I>and <I>Hox 7</I> paralogue groups. Phylogenetic analysis showed dpl1 to be more closely related to the Hox6 than to the Hox7 group genes. <I>Dpl2 </I>shares high identity with members of the <I>Hox5/Scr </I>paralogous group. <I>Dpl3</I> has a high level of homology to the <I>C. intestinalis</I> gene <I>CiIPF1</I>. The <I>Dpl3 </I>homeodomain shared high identity with the ascidian <I>H. roretzi</I> and <I>H. curvata </I>cdx genes (<I>Hr-cad</I> and <I>Hec-cdx</I>, respectively), however differences in the hexapeptide regions, indicated high divergence of these genes in the ascidians. <I>Dpl5</I> possessed features characteristic of posterior Hox genes and was most closely related to the <I>C. intestinalis</I> <I>CiHbox5</I> gene. <I>Dpl6</I> shared features common to the Hox 4 paralogous group Gsx ParaHox groups.

Styelid ascidians are diverse in developmental modes, varying from strictly sexual solitary species to highly integrated colonies. Circulatory stem cells (CSCs) accomplish fundamental roles in developmental processes of styelid ascidians. In the colonial styelids, CSCs enable budding and are capable of giving origin to the germline in certain species. The function of these cells have been tested experimentally in models within Styelidae. However, the understanding of coloniality as an evolutionary novelty requires reconstructing the possible ancestral CSCs characteristics in Styelidae. To address this issue, this work analyzes the possible developmental origin and the identity of putative CSCs among blood cell populations. The first chapter of this dissertation aimed to characterize and compare the hemocyte populations in two solitary styelids: Styela plicata and Styela canopus. In addition, the early development, the metamorphosis and the early maturation were compared in both species. After metamorphosis, S. canopus briefly develops a network of extracorporeal vessels with numerous terminal ampullae. These characters are usually associated to colonial ascidians, and were not found in S. plicata. With respect to the hemocyte populations, similar morphotypes were present in both species. However, S. canopus shows a lower frequency of vacuolated cells, which may be due to a reduced level of cytotoxicity in the tunic relative to S. plicata. These differences observed between S. canopus and S. plicata may be related to differences in the degrees of gregariousness or body size among the two species. In order to investigate possible approaches to distinguish and isolate CSC populations in a solitary styelid model, I used imaging flow cytometry. Putative CSCs were identified through measurement of morphological parameters and aldehyde dehydrogenase (ALDH) activity. The correlation between these parameters allowed to determine 2 gates enriched with particular cell types. A significant difference was found on the ALDH+ population within a gate of cells with low granularity, suggesting the presence of cells among circulatory hemocytes. To scrutinize the biogenesis of CSCs in S. plicata, I present a description of a candidate hematopoietic niche in this species. An exhaustive histological survey for hemoblast-like cells was performed, and complemented with immunohistochemistry with stem cell (piwi) and proliferation (pHH3) markers. The morphological and expression profiles of the intestine support the intestinal submucosa (IS) as a hematopoietic niche. At this region there are aggregations of cells with and undifferentiated morphological profile, corroborated by ultrastructural analysis. Furthermore, the IS holds high cellular proliferation and frequency of piwi+ cells. Ascidians are considered interesting models to investigate asexual reproduction and modular development. This study represents an advancement towards understanding the processes, cell populations and structures that may be related to facilitating the appearance of this evolutionary novelty / As ascídias da família Styelidae são diversas em modos de desenvolvimento, variando de espécies estritamente sexuais solitárias até colônias altamente integradas. As células-tronco circulatórias (CTCs) desempenham papéis fundamentais nos processos do desenvolvimento de ascídias styelídeas. Nas especies coloniais deste grupo, as CTCs permitem a brotação e são capazes de originar a linha germinativa em certas espécies. A função dessas células tem sido testada experimentalmente em modelos dentro de Styelidae. No entanto, a compreensão da colonialidade como uma novidade evolutiva requer reconstruir as características das possíveis CTCs ancestrais para Styelidae. Com o fim de abordar essa questão, este trabalho analisa a possível origem do desenvolvimento e a identidade de CSCs putativas entre populações de células sanguíneas de styelídeas solitárias. O primeiro capítulo desta dissertação teve como objetivo caracterizar e comparar as populações de hemócitos em dois espécies solitárias: Styela plicata e Styela canopos. Além disso, o desenvolvimento inicial, a metamorfose e a maturação do juvenil foram comparados em ambas as espécies. Após a metamorfose, S. canopus desenvolve brevemente uma rede de vasos extracorpóreos com numerosas ampolas terminais. Esses caracteres são geralmente associados a ascídias coloniais e não foram encontrados em S. plicata. Com relação às populações de hemócitos, morfotipos semelhantes estavam presentes em ambas as espécies. No entanto, o S. canopos apresenta menor frequência de células vacuoladas, o que pode ser devido a um nível reduzido de citotoxicidade na túnica em relação a S. plicata. Essas diferenças observadas entre S. canopos e S. plicata podem estar relacionadas a diferenças nos graus de gregariedade ou tamanho corporal entre as duas espécies. A fim de investigar possíveis abordagens para distinguir e isolar populações de CTCs em um modelo de styelídeo solitário, usei citometria de fluxo com adquisição de imagem. As CTCs putativas foram identificadas através da medição de parâmetros morfológicos e da atividade da aldeído desidrogenase (ALDH). A correlação entre estes parâmetros permitiu determinar 2 gates enriquecidos com tipos celuláres particulares. Uma diferença significativa foi encontrada na população ALDH+ dentro de um gate de células com baixa granularidade, sugerindo a presença de células-tronco circulatórias. Para examinar a biogênese das CTCs em S. plicata, foi realizada uma descrição de um nicho hematopoiético candidato nesta espécie. Um exame histológico exaustivo para células semelhantes a hemoblastos foi realizado e complementado com imunohistoquímica com marcadores de células-tronco (piwi) e proliferação (pHH3). Os perfis morfológicos e de expressão do intestino sustentam a submucosa intestinal (SI) como nicho hematopoiético. Nesta região há agregações de células com morfolia indiferenciada, corroborada pela análise ultraestrutural. Além disso, a SI mantém alta proliferação celular e freqüência de células piwi+. As ascídias são consideradas modelos interessantes para investigar a reprodução assexuada e o desenvolvimento modular. Este estudo representa um avanço na compreensão dos processos, populações celulares e estruturas que podem estar relacionadas a facilitar o surgimento desta novidade evolutiva

Styelid ascidians are diverse in developmental modes, varying from strictly sexual solitary species to highly integrated colonies. Circulatory stem cells (CSCs) accomplish fundamental roles in developmental processes of styelid ascidians. In the colonial styelids, CSCs enable budding and are capable of giving origin to the germline in certain species. The function of these cells have been tested experimentally in models within Styelidae. However, the understanding of coloniality as an evolutionary novelty requires reconstructing the possible ancestral CSCs characteristics in Styelidae. To address this issue, this work analyzes the possible developmental origin and the identity of putative CSCs among blood cell populations. The first chapter of this dissertation aimed to characterize and compare the hemocyte populations in two solitary styelids: Styela plicata and Styela canopus. In addition, the early development, the metamorphosis and the early maturation were compared in both species. After metamorphosis, S. canopus briefly develops a network of extracorporeal vessels with numerous terminal ampullae. These characters are usually associated to colonial ascidians, and were not found in S. plicata. With respect to the hemocyte populations, similar morphotypes were present in both species. However, S. canopus shows a lower frequency of vacuolated cells, which may be due to a reduced level of cytotoxicity in the tunic relative to S. plicata. These differences observed between S. canopus and S. plicata may be related to differences in the degrees of gregariousness or body size among the two species. In order to investigate possible approaches to distinguish and isolate CSC populations in a solitary styelid model, I used imaging flow cytometry. Putative CSCs were identified through measurement of morphological parameters and aldehyde dehydrogenase (ALDH) activity. The correlation between these parameters allowed to determine 2 gates enriched with particular cell types. A significant difference was found on the ALDH+ population within a gate of cells with low granularity, suggesting the presence of cells among circulatory hemocytes. To scrutinize the biogenesis of CSCs in S. plicata, I present a description of a candidate hematopoietic niche in this species. An exhaustive histological survey for hemoblast-like cells was performed, and complemented with immunohistochemistry with stem cell (piwi) and proliferation (pHH3) markers. The morphological and expression profiles of the intestine support the intestinal submucosa (IS) as a hematopoietic niche. At this region there are aggregations of cells with and undifferentiated morphological profile, corroborated by ultrastructural analysis. Furthermore, the IS holds high cellular proliferation and frequency of piwi+ cells. Ascidians are considered interesting models to investigate asexual reproduction and modular development. This study represents an advancement towards understanding the processes, cell populations and structures that may be related to facilitating the appearance of this evolutionary novelty / As ascídias da família Styelidae são diversas em modos de desenvolvimento, variando de espécies estritamente sexuais solitárias até colônias altamente integradas. As células-tronco circulatórias (CTCs) desempenham papéis fundamentais nos processos do desenvolvimento de ascídias styelídeas. Nas especies coloniais deste grupo, as CTCs permitem a brotação e são capazes de originar a linha germinativa em certas espécies. A função dessas células tem sido testada experimentalmente em modelos dentro de Styelidae. No entanto, a compreensão da colonialidade como uma novidade evolutiva requer reconstruir as características das possíveis CTCs ancestrais para Styelidae. Com o fim de abordar essa questão, este trabalho analisa a possível origem do desenvolvimento e a identidade de CSCs putativas entre populações de células sanguíneas de styelídeas solitárias. O primeiro capítulo desta dissertação teve como objetivo caracterizar e comparar as populações de hemócitos em dois espécies solitárias: Styela plicata e Styela canopos. Além disso, o desenvolvimento inicial, a metamorfose e a maturação do juvenil foram comparados em ambas as espécies. Após a metamorfose, S. canopus desenvolve brevemente uma rede de vasos extracorpóreos com numerosas ampolas terminais. Esses caracteres são geralmente associados a ascídias coloniais e não foram encontrados em S. plicata. Com relação às populações de hemócitos, morfotipos semelhantes estavam presentes em ambas as espécies. No entanto, o S. canopos apresenta menor frequência de células vacuoladas, o que pode ser devido a um nível reduzido de citotoxicidade na túnica em relação a S. plicata. Essas diferenças observadas entre S. canopos e S. plicata podem estar relacionadas a diferenças nos graus de gregariedade ou tamanho corporal entre as duas espécies. A fim de investigar possíveis abordagens para distinguir e isolar populações de CTCs em um modelo de styelídeo solitário, usei citometria de fluxo com adquisição de imagem. As CTCs putativas foram identificadas através da medição de parâmetros morfológicos e da atividade da aldeído desidrogenase (ALDH). A correlação entre estes parâmetros permitiu determinar 2 gates enriquecidos com tipos celuláres particulares. Uma diferença significativa foi encontrada na população ALDH+ dentro de um gate de células com baixa granularidade, sugerindo a presença de células-tronco circulatórias. Para examinar a biogênese das CTCs em S. plicata, foi realizada uma descrição de um nicho hematopoiético candidato nesta espécie. Um exame histológico exaustivo para células semelhantes a hemoblastos foi realizado e complementado com imunohistoquímica com marcadores de células-tronco (piwi) e proliferação (pHH3). Os perfis morfológicos e de expressão do intestino sustentam a submucosa intestinal (SI) como nicho hematopoiético. Nesta região há agregações de células com morfolia indiferenciada, corroborada pela análise ultraestrutural. Além disso, a SI mantém alta proliferação celular e freqüência de células piwi+. As ascídias são consideradas modelos interessantes para investigar a reprodução assexuada e o desenvolvimento modular. Este estudo representa um avanço na compreensão dos processos, populações celulares e estruturas que podem estar relacionadas a facilitar o surgimento desta novidade evolutiva

Tunicata umfasst 3000 marine Arten, mit sehr unterschiedlichen Lebensstrategien. Als eines der drei großen Taxa innerhalb der Chordata, stellt die Evolution der Tunikaten eine Schlüsselkomponente bei der Aufklärung der Evolution der Chordaten und Cranioten dar. Dafür ist ein Verständnis der Merkmalstransformationen innerhalb der Tunikaten notwendig. Leider sind die internen Verwandtschaftsverhältnisse der fünf großen Tunikatentaxa in verschiedenen molekularphylogenetischen Studien widersprüchlich. Bisher gibt es nur wenige morphologische phylogenetische Analysen. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung neuroanatomischer Merkmale, da das Nervensystem wahrscheinlich phylogenetische Informationen enthält. Durch das Anwenden moderner morphologischer Methoden, wie hochauflösende konfokale Laserscan- und Elektronenmikroskopie (REM und TEM), und 3d Rekonstruktionen basierend auf lichtmikroskopischen Schnitten, wurde die Verfügbarkeit neuroanatomischer Daten wesentlich verbessert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Variation neuroanatomischer Merkmale größer ist als bisher angenommen und dass sich die Gehirnanatomie und die Verteilung von Neurotransmittern in den zwei Stadien der Thaliaceen unterscheidet. Neue unabhängige Merkmale des Nervensystems wurden in einer Matrix kodiert. Ergänzt mit traditionellen in der Tunikatentaxonomie verwendeten Merkmalen, entstand die bisher umfangreichste morphologische Datenmatrix, die 116 Merkmale für insgesamt 54 Arten umfasst. Die kladistische Analyse ergab monophyletische Tunicata, in denen die Appendicularia die Schwestergruppe der übrigen Tunikaten bildet. Ascidiacea ist monophyletisch, während „Thaliacea“ paraphyletisch ist. Zusätzlich wurde eine kombinierte phylogenetische Analyse basierend auf den morphologischen Daten und 18S rDNA-Sequenzen durchgeführt. Eine stufenweise stärkere Gewichtung phänotypischer Merkmale zeigt, dass die morphologischen Daten das Ergebnis der kladistischen Analyse stark beeinflussen. / Tunicata comprises 3000 marine species with diverse life-history strategies. As one of the three major chordate taxa, the evolution of tunicates plays a key role to elucidate chordate and craniate evolution. Therefore, a broader understanding of character transformations within tunicates is essential, but the interrelationships of the five main tunicate subtaxa in previous molecular phylogenetic analyses were contradictory. Morphological phylogenetic analyses are rare. In this comparative study emphasis was given to neuroanatomical characters, as the nervous system probably contains phylogenetic information. Applying modern morphological techniques like high-resolution confocal laser scanning microscopy and electron microscopy (SEM and TEM), serial sectioning for light microscopy, and digital 3d reconstruction, the number of available tunicate neuroanatomical data was considerably increased. It was revealed that the variation of neuroanatomical characters is higher than previously assumed, a specific pattern of serotonin-like immunoreactive cells in ascidians is present, and that brain anatomy and distribution of neurotransmitters in the two thaliacean life-cycle stages differs. Novel independent characters of the central nervous system were coded in a matrix for a cladistic analysis. Including traditional morphological from tunicate literature this effort resulted in the largest morphological data matrix to date, containing 116 phenotypic characters and 54 species. The cladistic analysis resulted in monophyletic Tunicata, with Appendicularia the sister taxon to the remaining tunicates. Furthermore, the monophyly of Ascidiacea is supported, whereas “Thaliacea” are paraphyletic. An additional phylogenetic analysis combining morphological and 18S rDNA-sequence data was performed. A reevaluation of this dataset with a successively increased weighting of the phenotypic data showed that morphological data strongly influence the outcome of the cladistic analysis.