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Previous issue date: 2011-12-19 / Universidade Federal de Minas Gerais / The fishes from the Erythrinidae family present a wide karyotypic variation with several karyomorphs already identified for some species, including the presence of different sex chromosome systems. In Erythrinus erythrinus a well-differentiated X1X2Y system occurs in karyomorph D, as well as undifferentiated sex chromosomes in other karyomorphs of this species. In Hoplias malabaricus, single and multiple sex chromosome systems, as well as undifferentiated, can also be found. Among these, there is a well-differentiated XY system in karyomorph B, a nascent XY system in karyomorph C and a X1X2Y system in karyomorph D. The purpose of this thesis was to analyze the genomic differentiation occurred between E. erythrinus and H. malabaricus karyomorphs, with a particular focus on the sex chromosomes. To this end, besides the classical chromosomal analysis, repetitive DNA sequences and microdissected sex chromosomes were used as probes for fluorescence in situ hybridization (FISH) procedures. The evolutionary pathways for the sex chromosome systems of H. malabaricus and E. erythrinus karyomorphs were investigated. Allopatric populations of E. erythrinus karyomorphs A and D were analyzed and showed significant differences in relation to their karyotypes, where chromosomal rearrangements and genomic changes stood out as significant events during the evolutionary process. The genomic dispersion of transposable elements Rex3 associated with the 5S ribosomal DNA, as well as the differentiation of a multiple X1X2Y sex chromosome system were prominent events in the differentiation of karyomorph D. The role of repetitive elements in the process of differentiation of sex chromosomes was also analyzed. In this sense, we performed a comparative study of the distribution of twelve microsatellites (mono-, di-and trinucleotide) in the XY and X1X2Y systems, present in karyomorphs B and D of H. malabaricus, respectively. The differential distribution of microsatellites along the chromosomes in both systems were demonstrated, possibly as a direct reflection of their modes of origin, with a significant accumulation of repeats on the X chromosome of the XY system, in contrast to that found in the X1X2Y sex chromosomes system. The processes acting in the differentiation of sex chromosomes are not yet completely understood. However, the accumulation of repetitive DNA sequences may represent an early step in the differentiation of simple sex chromosomes systems (XY and ZW), highlighting the role of these sequences in their differentiation, and contributing to the reduction of recombination between the undifferentiated ancestor sex pair. On the other hand, in multiple systems, the chromosomal rearrangements implicated in the origin of these systems, appear to represent the primary factors responsible for the reduction of recombination without the need for additional genomic modifications. The comparative mapping of different repetitive DNA sequences in meiotic and mitotic chromosomes pointed for an independent differentiation process of the X1X2Y sex chromosomes in E. erythrinus and H. malabaricus. Additionally, sex chromosomes probes, isolated by microdissection, were used in experiments of whole chromosome painting (wcp), proving to be a powerful tool for the study of sex chromosomes evolution. It was shown that the chromosomes of the X1X2Y system have evolved independently in H. malabaricus and E. erythrinus where different autosomes were firstly converted to a slightly different XY sex pair in each species, followed by dinstinct chromosomal rearrangements in the origin of these systems. In turn, the chromosome painting also showed the independent origin for the XY system of H. malabaricus karyomorphs B and C. Again, distinct autosomal pairs present in the ancestor karyomorphs were converted into the XY chromosomes, now present in karyomorphs B and C. It has been well characterized the direct relationship between the XY system of karyomorph C and the origin of the X1X2Y system present in karyomorph D. Thus, even between congeneric species (E. erythrinus and H. malabaricus), as well as between karyomorphs of the same nominal species (H. malabaricus), the sex chromosomes have evolved independently, demonstrating the great plasticity of this evolutionary process in fishes. / Os peixes da família Erythrinidae apresentam uma ampla variação cariotípica, com diversos cariomorfos já identificados para algumas espécies, incluindo diferentes sistemas de cromossomos sexuais. Em Erythrinus erythrinus, um sistema X1X2Y bem diferenciado ocorre no cariomorfo D, assim como cromossomos sexuais indiferenciados em outros cariomorfos desta espécie. Em Hoplias malabaricus, sistemas de cromossomos sexuais simples e múltiplos, bem como indiferenciados, podem ser também encontrados. Entre estes, destaca-se um sistema XY bem diferenciado no cariomorfo B, um sistema XY nascente no cariomorfo C e um sistema X1X2Y no cariomorfo D. A proposta desta tese foi analisar a diferenciação genômica entre cariomorfos de E. erythrinus e H. malabaricus, com um enfoque especialmente voltado para os cromossomos sexuais. Para tanto, além das análises cromossômicas clássicas, foi realizado o mapeamento citogenético de seqüências de DNAs repetitivos, assim como a obtenção de sondas por microdissecção de cromossomos sexuais e a hibridização fluorescente in situ (FISH) nos cromossomos. Procurou-se testar o caminho evolutivo, quanto à origem independente ou em comum entre os sistemas de cromossomos sexuais dos cariomorfos de H. malabaricus e de E. erythrinus. Populações alopátricas dos cariomorfos A e D de E. erythrinus foram analisadas evidenciando diferenças significativas em relação ao cariótipo, onde rearranjos cromossômicos e alterações genômicas destacaram-se como eventos significativos durante o processo evolutivo. A dispersão genômica dos elementos transponíveis Rex3, associados ao DNA ribossomal 5S, bem como a diferenciação de um sistema de cromossomos sexuais múltiplos X1X2Y, foram eventos de destaque na diferenciação do cariomorfo D. Foi também analisado o papel de elementos repetitivos no processo de diferenciação dos cromossomos sexuais. Neste sentido, foi realizado um estudo comparativo da distribuição de doze microssatélites (mono-, di- e trinucleotídeos) nos sistemas XY e X1X2Y, presentes nos cariomorfos B e D de H. malabaricus, respectivamente. Foi demonstrada a distribuição diferencial de microsatélites ao longo dos cromossomos em ambos os sistemas, possivelmente como reflexo direto dos seus modos de origem, com um acúmulo significativo no cromossomo X do sistema XY, em contraste com o que se verifica nos cromossomos sexuais do sistema X1X2Y. Os processos que atuam na diferenciação dos cromossomos sexuais ainda não estão completamente esclarecidos. No entanto, o acúmulo de seqüências repetitivas de DNA pode representar um dos primeiros passos na diferenciação dos sistemas simples de cromossomos sexuais (XY e ZW), destacando o papel dessas seqüências na sua diferenciação, podendo contribuir para a redução da recombinação entre o par sexual ancestral indiferenciado. Por outro lado, nos sistemas múltiplos, os próprios rearranjos cromossômicos, implicados na origem desses sistemas, parecem representar fatores primários para redução da recombinação, sem a necessidade de modificações adicionais no genoma. O mapeamento comparativo de diversas seqüências repetitivas de DNA em cromossomos mitóticos e meióticos apontou para um processo de diferenciação independente dos cromossomos sexuais X1X2Y em E. erythrinus e H. malabaricus. Adicionalmente, sondas de cromossomos sexuais, isolados por microdissecção, foram empregadas em experimentos de pintura cromossômica total (wcp), mostrando-se uma ferramenta esclarecedora para a elucidação desse processo. Foi demonstrado que os cromossomos do sistema X1X2Y evoluíram de forma independente em H. malabaricus e E. erythrinus, onde diferentes autossomos foram primeiramente convertidos em um par sexual XY pouco diferenciado em cada espécie, seguindo-se rearranjos cromossômicos diferenciados na origem desse sistema. Por sua vez, a pintura 1 cromossômica também mostrou a origem independente para o sistema XY dos cariomorfos B e C de H. malabaricus. Novamente, distintos pares autossômicos de cariomorfos ancestrais foram convertidos nos cromossomos XY, agora presentes nos cariomorfos B e C. Foi bem caracterizado o relacionamento direto do sistema XY nascente do cariomorfo C com a origem do sistema X1X2Y do cariomorfo D. Assim sendo, tanto entre espécies cofamiliares (E. erythrinus e H. malabaricus), assim como entre cariomorfos de uma mesma espécie nominal (H. malabaricus), os cromossomos sexuais apresentam evolução independente, evidenciando a grande plasticidade desse processo evolutivo entre os peixes.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/5391 |
| Date | 19 December 2011 |
| Creators | Cioffi, Marcelo de Bello |
| Contributors | Bertollo, Luiz Antonio Carlos |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Programa de Pós-graduação em Genética Evolutiva e Biologia Molecular, UFSCar, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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