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CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior As gramíneas são consideradas o grupo mais importante de angiospermas em termos econômicos, sendo largamente distribuídas pelo mundo e com ampla adaptação a diferentes condições ambientais. O avanço nos estudos de tamanho do genoma, citogenética, sequenciamento e bioinformática têm fornecido valiosas informações no campo da genômica. A existência de DNA repetitivo, especialmente os retrotransposons (TEs), contribuem significativamente para a evolução e o funcionamento do genoma assim como para se definir o tamanho do mesmo. Setaria Beauv. (Poaceae) é um gênero de referência na produção de forragem, e vem sendo explorado principalmente devido a sua boa capacidade adaptativa a condições de estresse ambiental por frio, seca ou excesso de umidade. Setaria sphacelata é uma espécie resiliente, com bons rendimentos em terras secas e marginais, porém, pouco se sabe sobre sua constituição genômica. O objetivo deste estudo foi caracterizar o tamanho do genoma de populações do banco de germoplasma de Setaria sphacelata da Embrapa Gado de Leite. Foram analisadas 72 populações coletadas em diferentes regiões do mundo. A citometria de fluxo foi utilizada para a detecção do tamanho do genoma, seguida de contagem cromossômica, hibridização fluorescente in situ e análise meiótica. Além disso, foi analisada pela primeira vez a constituição de elementos repetitivos em S. sphacelata. Tendo em vista a importância dos elementos repetitivos em diferentes processos celulares, utilizou-se o modelo de recursos genéticos vegetal de sequências de DNA e RNA dos bancos de dados para quantificar a proporção de elementos ativos em Setaria viridis, empregando ferramentas de bioinformática. A maioria das populações apresentou indivíduos tetraploides (2n=36) com conteúdo de DNA variando de 3 a 3,7 picogramas. Adicionalmente, diploides (~ 1,6 a 2pg, 2n=18), pentaploides (~4 pg, 2n=45), hexaploides (~ 4,5 pg, 2n=54) e octaploides (~6pg, 2n= 72ca) também foram detectados, porém em baixo número de populações. A maior variação foi encontrada em populações da África do Sul. O mapeamento dos sítios de rDNA 5S e 18S variou entre e dentro dos níveis de ploidia. A meiose regular sugere que a alopoliploidia foi provavelmente uma das etapas da história evolutiva de S. sphacelata. A análise de diversidade genética revelou que S. sphacelata é um complexo com variação intra e principalmente interpopulacional. Diploides parecem ser um grupo distinto baseado em 4 marcadores SSR. Analisando dois acessos diploides de S. sphacelata, detectou-se que os retrotransposons tipo Ty3/Gypsy foram as repetições mais abundantes. No entanto, variações na proporção de sublinhagens Athila e Ogre sugerem diferentes processos de amplificação de repetições durante a evolução do complexo. Sondas satélites mostraram um padrão conservado observado em regiões pericentroméricas. Em relação à expressão de TE em Setaria viridis, as repetições foram mais abundantes em bibliotecas de RNA ribo-depletadas (analisadas em tecidos de caule e coroa) do que em bibliotecas de RNA poly-A (analisadas em tecidos de folhas e inflorescências). A expressão dos TEs foi influenciada pela sua classificação (Ty1/copia mais ativos que Ty3/gypsy), pela sua proporção no genoma, razão GC e similaridade das sequências. Em resumo, o presente estudo fornece uma melhor compreensão da organização genômica, história evolutiva e dinâmica dos elementos repetitivos do gênero Setaria. Grasses are considered the most important angiosperm group in economic terms, being widely distributed worldwide and with great adaptability. The advanced in studies of genome size, cytogenetics next-generation sequencing and bioinformatics have been providing relevant information in genomic studies. Repetitive DNA, especially retrotransposons (TEs), contribute significantly to plant genome size, evolution, and adaptation. Setaria Beauv. (Poaceae) is a reference genus in forage production and has been explored especially due to its great adaptability under climate changes. Setaria sphacelata has different ploidy levels, being a resilient cereal crop, with good yields in dry and marginal land. However, little is known about its genome constitution. The study aimed to characterize germplasm populations of S. sphacelata. We analyzed 72 populations that were collected in different regions of the world. Flow cytometry was used for genome size detection, followed by chromosome counting, fluorescent in situ hybridization and meiotic analysis. In addition, we analysed the constitution of DNA repetitive sequences in S. sphacelata for the first time. Given the importance of transposable elements in different cellular process, we taken advanced of the genetic resources available for model plants to quantify the proportion of active elements in Setaria viridis, using bioinformatics tools. Most populations showed mainly tetraploids individuals (2n=36) with DNA content ranging from 3 to 3.7 picograms. Additionally, diploids (~ 1.6 to 2pg, 2n=18), pentaploids (~4 pg, 2n=45), hexaploids (~ 4,5 pg, 2n=54) and octaploids (~6pg, 2n= 72ca) were also detected, but in low number of populations. The highest variation was found in populations of South Africa. The mapping of 5S and 18S rDNA sites varied among and within the ploidy levels. Regular meiosis suggests that allopolyploidy was probably one of the steps in evolutionary history. The genetic diversity analysis revealed that S. sphacelata is a complex with intra and mainly inter populational variation. Diploids seem to be a distinct group based on SSR markers. Analysing two diploid cultivars of S. sphacelata, we found that Ty3/Gypsy retrotransposons were the most abundant repeat sequences. However, variations in the proportion of sublineages Athila and Ogre suggest a different amplification process of repeats during the species complex evolution. Some satellites probes showed a conserved pattern observed in pericentromeric regions. Concerning the expression of TE in S. viridis, repeats were more abundant in ribo-depleted RNA libraries (analysed in stem and crown tissues) than in poly-A RNA libraries (analysed in leaf and inflorescence tissues). The expression of TEs was influenced by their type (Ty1/copia more active than Ty3/gypsy), genome proportion, GC ratio and reads similarity. In summary, these findings provide a better understanding of the genome organization, evolutionary history and transcription dynamics of repetitive elements in Setaria.

Orientadores: Eliana Regina Forni Martins, Marìa Victoria Romero da Cruz Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: O gênero Solanum compreende um grupo de aproximadamente 1400 espécies com ampla distribuição geográfica, com registros de ocorrência em todos os continentes com exceção às regiões polares. Ao longo dos anos, muitos trabalhos filogenéticos vêm sendo realizados no intuito de se compreender melhor as relações evolutivas entre os representantes do grupo. Dentre as alterações já propostas na filogenia do gênero, a inclusão de espécies do gênero Cyphomandra em Solanum, não foi aceita por unanimidade entre os especialistas do grupo. As espécies do clado Cyphomandra possuem cromossomos grandes e altos valores de conteúdo de DNA, contrastando com todas as outras espécies de Solanum já estudadas. Muitos estudos têm mostrado que a diversidade no tamanho do genoma (TG) está associada a dois principais fatores, eventos de poliploidia e acúmulo/deleção de sequências repetitivas no genoma. Nesse sentido, esse trabalho teve como principal objetivo investigar as causas da variação do tamanho do genoma do clado Cyphomandra em relação a outros clados do gênero Solanum. Para isso foi estimado o TG por citomeria de fluxo em espécies do clado Cyphomandra e espécies de outros clados de Solanum filogeneticamente relacionados á Cyphomandra. Também foram analisadas a distribuição de sequências repetitivas por bandamento CMA/DAPI e de regiões de DNAr 5s e 18s por hibridização de DNA in situ. Foi realizada uma reconstrução de estado ancestral do TG em uma árvore filogenética baseada no marcador nuclear ITS. Por fim, foi feito o sequenciamento de baixa cobertura do genoma de seis espécies para que fosse possível identificar as principais repetições de DNA presentes nas espécies investigadas. O TG variou de 2C= 2,9 pg de DNA (S. pseudocapsicum) a 2C= 23,6 pg (S. circinatum). Foi possível observar que existe uma homogeneidade no número cromossômico do gênero Solanum (2n=2x=24) e que, as espécies tendem a apresentar cariótipos simétricos. As porções heterocromáticas do cariótipo das espécies evidenciadas pelo bandamento, mostraram três padrões de distribuição distintos, no entanto, o padrão encontrado não explica o incremento do TG do clado Cyphomandra. O número de sítios de DNAr 5S e 18S apresentou pouca variabilidade nas espécies investigadas. Com a reconstrução do TG na filogenia pode-se observar que o TG evoluiu de maneira bidirecional em Cyphomandra com eventos de expansão e contração ao longo da diversificação das espécies do grupo. O sequenciamento mostrou que grande parte do genoma de todas as espécies é composta por elementos repetitivos, variando de 49% em S. mammosum a 62% em S. circinatum. Os retrotransposons-LTR da superfamília Ty3/Gypsy foram identificados em maior proporção no genoma de todas as espécies e, nas espécies do clado Cyphomandra esses elementos foram mais representativos que nas espécies dos outros clados de Solanum. A proporção dos elementos repetitivos variou entre as espécies evidenciado a importância desses elementos na diversificação genética de Solanum. Com os resultados obtidos nesse trabalho, é possível inferir que o incremento do TG nas espécies do clado Cyphomandra em relação aos outros clados de Solanum está associada aos retrotransposos da superfamília Ty3/Gypsy mais especificamente á linhagem Tekay Abstract: The Solanum genus comprises about 1400 species broadly distriubuited around the world, except in the polar regions. Phylogenetic works have been made along the years to understand the evolutive relations among the genus representatives. Many chages have been proposed and among them, the inclusion of Cyphomandra species in Solanum was not accepted among the group specialists. The Cyphomandra species posses large chromossomes and high DNA content values in contrast with all others Solanum clades species. Many studies have shown that genome size (GS) variations can be associated with two main processes, polyploidy, and accumulation/deletion of repetitive fractions of the genome. In this sense, this work main objective is to investigate the causes of genome size variation of the Cyphomandra representatives in relation of others Solanum clads. In order to achieve this, a GS was estimated through flow cytometry applied in Cyphomandra clade and species from Solanum clads phylogenetically related to Cyphomandra. Also, a distribution of repetitive sequences with CMA / DAPI banding and regions of rDNA 5s and 18s by DNA in situ hybridization was analyzed. An ancestral reconstruction of GS was performed in a phylogenetic tree based on the ITS nuclear DNA marker. Finally, a genome sequencing with low coverage of six species was carried out to identify the main DNA repetitive sequences present in the investigated species. The GS showed a variation of 2C= 2.9 pg DNA (S. pseudocapsicum) to 2C= 23.6 pg (S. circinatum). It was possible to identify a homogeneity of chromosome number of Solanum genus (2n=2x=24) and that the species tend to present symmetric karyotypes. The heterocromatic portions of the species genomes presented three distinctive patterns, however, the found pattern does not explains the GS increment in Cyphomandra clade. The number of the rDNA 5S and 18S sites conffered little variability between the investigated species. With the GS reconstruction in phylogeny, it was possible to observe that the GS evolved bidirectionally in Cyphomandra with expansion and contraction events along the group species diversification. The low coverage sequencing showed that most species genome is composed by repetitive elements, varying from 49% in S. mammosum to 62% in S. circinatum. The LTR-retrotransposons of Ty3/Gypsy superfamilie were identified in high proportions inside all genome species, these elements were more representative in Cyphomandra clade than the others Solanum. The repetitive elements proportion varied between the species, pointing the importance of these elements in the Solanum genetic diversification. This work results allowed to infer that the GS increment in Cyphomandra clade species in relation with other Solanum is associated to the LTR-retrotransposons belonging Ty3/Gypsy superfamilie. More specifically the Tekay lineage Doutorado Biologia Vegetal Doutora em Biologia Vegetal FAPESP 2016/17096-9 CNPQ 149650/2018-3

CAPES CNPq FACEPE O gênero Philodendron, um dos principais componentes da flora Neotropical, é o segundo maior da família Araceae, contando com aproximadamente 500 espécies e uma enorme diversidade ecológica. Assim como vários outros grupos vegetais da América tropical, ainda há uma grande defasagem de estudos para o gênero, principalmente no que concerne à sistemática filogenética e à evolução cariotípica das espécies de Philodendron. Desta forma, foram realizadas análises de filogenia molecular baseadas em marcadores plastidiais (rpl32-trnL, trnQ-5’-rps16 e trnV-ndhC) e nucleares (ITS), bem como contagens cromossômicas e estimativas do conteúdo de DNA, levando em consideração espécies das principais subdivisões do gênero e dos grupos irmãos. Ao todo, foram realizadas contagens cromossômicas para 48 espécies, sendo 38 novas, assim como uma revisão de todos os números diploides disponíveis, totalizando 69 espécies, onde a maioria (32 spp.) apresentou 2n = 32, seguido de 2n = 34 (20 spp.). Nas análises filogenéticas foi confirmada a hipótese de parentesco dos subgêneros de Philodendron, onde P. subg. Philodendron e P. subg. Pteromischum apareceram como grupos irmãos e P. subg. Meconostigma como a primeira linhagem a divergir, com os três formando um grupo monofilético. Adicionalmente, foram realizadas estimativas de conteúdo de DNA para 163 acessos, incluindo 108 espécies de Philodendron, bem como 17 espécies de grupos relacionados, onde foi observada uma grande diversidade no tamanho genômico no gênero, variando entre 2,48 e 7,58 pg, indicando uma maior importância da amplificação/eliminação de DNA repetitivo para a evolução cariotípica do grupo, em vez das alterações drásticas nos números cromossômicos, como poliploidizações. Philodendron, one of the most important components of the Neotropical flora, is the second largest genus within Araceae, which presents approximately 500 species and a huge ecologic diversity. As well as it is observed for other plant groups from tropical America, one can still note a remarkable lack of studies on the evolution of the genus, mainly regarding to phylogenetic systematics and karyotype evolution analyses among Philodendron species. Thus, a molecular phylogeny based on chloroplast (rpl32-trnL, trnQ-5’-rps16 e trnV-ndhC) and nuclear (ITS) markers, as well as chromosome counts and DNA C-value estimations were performed, with species from the main subdivisions within the genus and sister groups. Fortyeight chromosome numbers were described herein, from which 38 were new. Besides, all the available diploid numbers were revised, totalizing 69 species with known chromosome numbers, from which the major part (32 spp.) presented 2n = 32, followed by 2n = 34 (20 spp.). In the phylogenetic analyses, the morphological hypothesis of relationship among the subgenera was confirmed, in which P. subg. Philodendron and P. subg. Pteromischum were recovered as sister groups and P. subg. Meconostigma as the first diverging lineage of the monophyletic group. In addition, DNA content estimations were performed for 163 accessions, including 108 species from Philodendron and 17 from related groups, in which a wide variation of genome sizes were observed, ranging from 2.48 to 7.58 pg. Therefore, it was indicated that the mechanisms of amplification/elimination of repetitive DNA might be more important for the karyotype evolution within the group, in comparison to drastic numeric changes in chromosome numbers such as polyploidization.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Given the great diversity of fishes, the Order Tetraodontiformes stands to show genetic and morphological characteristics enough singular. The fishes of this order have a compact DNA which favors molecular studies, as well as comparisons with more basal species. Model of genome evolution, there are still many gaps in knowledge about their chromosomal patterns and how evolutionary rearrangements influence the marked variation in DNA content of this order. In view of this, we present cytogenetic analyzes of the species Acanthostracion quadricornis (Ostraciidae), A. polygonius (Ostraciidae) Melichthys niger (Balistidae) Cantherhines macrocerus (Monacanthidae) and C. pullus (Monacanthidae), Lagocephalus laevigatus, Colomesus psittacus and Canthigaster figueiredoi (Tetraodontidae), to contribute with cytogenetic data for this group. The analysis was performed by C-banding, Ag-RONs, coloring with base-specific fluorochromes DAPI-CMA3, restriction enzymes AluI, EcoRI, TaqI, PstI and HinfI and in situ hybridization with probes for ribosomal DNA 18S and 5S. The heterochromatic ultrastructure of A. quadricornis and A. polygonius revealed a outstanding heterochromatin content, which may indicate that the accumulation or loss of extensive heterochromatin content could be responsible for large variations in genomic content displayed in different Tetraodontiformes families. The species Cantherhines macrocerus, C. pullus (Monacanthidae) and Melichthys niger (Balistidae) shows a huge karyotypic similarity both numerically and structural. L. laevigatus showed similar cytogenetic features (2n = 44 and single RONs) to the species of the genus Takifugu, which reinforces the idea of their phylogenetic relationships. C. psittacus presented the highest diploid number described for the family (2n = 56) and large amount of HC, features that related with its sister family Diodontidae. Cytogenetic analysis in C. figueiredoi revealed heterochromatic polymorphisms, RONs multiple and Bs chromosomes. These events are rare in marine fishes, and are possibly associated with the strong restructuring and genomic reduction that this family has been suffered. These features, plus the morphological and molecular data suggests that these species share the same ancestral branch, with a possible monophyletic origin. In this study, new contributions to the knowledge of evolutionary patterns facing by Tetraodontiformes are provided and discussed under cytotaxonomyc, genomic and evolutionary perspectives. Frente à grande diversidade de peixes, a Ordem Tetraodontiformes se destaca por exibir características genéticas e morfológicas bastantes singulares. Os peixes desta Ordem apresentam um DNA compacto o que favorece estudos moleculares, assim como comparações com espécies mais basais. Modelo de evolução genômica, ainda existem várias lacunas de conhecimento sobre seus padrões cromossômicos e como os rearranjos evolutivos influenciaram na marcante variação no conteúdo de DNA desta Ordem. Diante disto o presente estudo apresenta análises citogenéticas das espécies, Acanthostracion quadricornis (Ostraciidae), A. polygonius (Ostraciidae), Melichthys niger (Balistidae), Cantherhines macrocerus (Monacanthidae), C. pullus (Monacanthidae), Lagocephalus laevigatus, Colomesus psittacus e Canthigaster figueiredoi (Tetraodontidae) visando contribuir com mais dados citogenéticos para o grupo. As análises foram realizadas através do bandamento C, Ag-RONs, coloração com fluorocromos base-específicos DAPICMA3, enzimas de restrição AluI, EcoRI, TaqI, PstI e HinfI e pela hibridação in situ com sondas de DNA ribossomal 18S e 5S. A ultra-estrutura heterocromatínica de A. quadricornis e A. polygonius, revelaram um marcante conteúdo heterocromático, situação que pode indicar que o acúmulo ou perda de extenso conteúdo de heterocromatinas poderiam ser responsáveis pelas extensas variações no conteúdo genômico exibidas nas diferentes famílias dos Tetraodontiformes. As espécies Cantherhines macrocerus, C. pullus (Monacanthidae) e Melichthys niger (Balistidae) apresentam uma grande similaridade cariotípica, tanto numérica, como estruturalmente. Lagocephaluslaevigatus mostrou características citogeneticas similares (2n=44 e RONs simples) as espécies do gênero Takifugu, o que reforça a idéia de seu relacionamento filogenético, e Colomesus psittacus apresentou o maior número diplóide descrito para a família (2n=56) e grande quantidade de HC, características que o relacionariam com a família irmã Diodontidae. Análises citogenéticas em C. figueiredoi revelaram polimorfismos heterocromáticos, RONs múltiplas e cromossomos Bs, sendo estes eventos raros para peixes marinhos, estando possivelmente associados à marcante reestruturação e redução genômica que esta família sofreu. Estas características, somadas aos dados morfológicos e moleculares sugerem que estas espécies compartilham de um mesmo ramo ancestral, com possível origem monofilética. Neste trabalho novas contribuições ao conhecimento dos padrões evolutivos enfrentados pelos Tetraodontiformes são fornecidas e discutidas sob perspectivas citotaxônomicas, genômicas e evolutivas.

In Myrtaceae, reports regarding the nuclear DNA content are scarce. The aim of this study is to present genome size data for fleshy-fruited Myrteae, and to test their relation with chromosome number and ploidy, the available data for cytoevolutionary studies in Myrtaceae. Thirty species out of ten genera were investigated for chromosome number and genome size using flow cytometry. Twenty-eight species were diploid with 2n = 2x = 22 and two species were tetraploid with 2n = 4x = 44. All genome sizes measured are new. Among the diploid species, a gradual and small variation in 2C-values (0.486 pg in Gomidesia schaueriana to 0.636 pg in Eugenia multicostata) was observed, whereas the tetraploid genomes of Psidium acutangulum and P. cattleianum had about twice as much DNA (1.053 and 1.167 pg, respectively). The total interspecific variation of C-values was 2.45-fold. The fleshy-fruited Myrteae have smaller holoploid genomes than the capsular-fruited Eucalypteae and Melaleuceae.