Relações evolutivas e história demográfica em espécies de Harttia Steindachner, 1876

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Sassi, Francisco de Menezes Cavalcante
Orientador(a): Cioffi, Marcelo de Bello lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Genética Evolutiva e Biologia Molecular - PPGGEv
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21266
Resumo: This thesis explores the evolutionary, cytogenomic, and filogeographic relationships of the genus Harttia, a genus of fish widely distributed across Brazil. Due to its diversity of sex chromosome systems, including simple (XX/XY) and multiple (XX/XY1Y2 and X1X1X2X2/X1X2Y) systems found in approximately 28% of cytogenetically investigated species, Harttia stands out as one of the few natural repositories of multiple sex chromosomes, offering unique insights into chromosomal evolution. We generated novel data for six species (H. dissidens, H. duriventris, H. guianensis, H. rondoni, H. villasboas and Harttia sp. 3), integrating cytogenetic, genomic and phylogeographic methodologies. The thesis pioneered the proposal of a phylogeny for the genus using genome-wide data (DArTseq SNPs), enhancing perspectives on evolutionary relationships by characterizing the three major clades associated with different biogeographic regions: one composed of species from the Guiana Shield (Clade I), another by species from the drainages of Northern Brazil (Clade II), and the third by species from Southern and Southeastern Brazil (Clade III). Biogeographic modeling suggests that the genus’ ancestor inhabited the Amazon, Paraná, or South Atlantic coastal basins, with secondary colonization into the Tocantins-Araguaia, São Francisco, and East Atlantic basins. Cytogenetic analyses (mapping of repetitive DNAs by FISH, comparative genomic hybridization - CGH, and whole chromosome painting - WCP) revealed that half of the species studied here have distinguishable sex chromosomes, including new occurrences of the X1X2Y multiple system and the first occurrence of XX/XY in a clade II species. The chromosome number evolution modeling data and sex linked markers suggests that these systems derive from an ancestor with a 2n = 58 karyotype and XX/XY system, sharing sex-linked markers among species of clades I and III, and suggesting a turnover event in clade II. Additionally, sex-linked markers indicate that all 16 investigated species exhibit a male heterogametic sex chromosome system (eight previously known for their cytogenetic heteromorphism), suggesting the presence of simple homomorphic systems (XX/XY) in eight species (H. dissidens, H. guianensis, Harttia sp. 3, H. kronei, H. longipinna, H. loricariformis, H. gracilis, and H. fowleri). Furthermore, while the fusion of sex chromosomes with autosomes enabled the emergence of multiple sex systems in clade III, chromosome painting data show that chromosome fissions were crucial for the differentiation of sex chromosomes in clade II. Chromosomal differentiation, investigated through repetitive DNAs (satellites, microsatellites, ribosomal DNAs), suggests that geographic isolation and historical factors shaped the genetic structure and evolutionary divergence within the genus. In conclusion, this work contributes significantly to understanding the cytogenomics and demographic evolution of Harttia, establishing it as a valuable model for exploring diversification in Neotropical environments.
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Due to its diversity of sex chromosome systems, including simple (XX/XY) and multiple (XX/XY1Y2 and X1X1X2X2/X1X2Y) systems found in approximately 28% of cytogenetically investigated species, Harttia stands out as one of the few natural repositories of multiple sex chromosomes, offering unique insights into chromosomal evolution. We generated novel data for six species (H. dissidens, H. duriventris, H. guianensis, H. rondoni, H. villasboas and Harttia sp. 3), integrating cytogenetic, genomic and phylogeographic methodologies. The thesis pioneered the proposal of a phylogeny for the genus using genome-wide data (DArTseq SNPs), enhancing perspectives on evolutionary relationships by characterizing the three major clades associated with different biogeographic regions: one composed of species from the Guiana Shield (Clade I), another by species from the drainages of Northern Brazil (Clade II), and the third by species from Southern and Southeastern Brazil (Clade III). Biogeographic modeling suggests that the genus’ ancestor inhabited the Amazon, Paraná, or South Atlantic coastal basins, with secondary colonization into the Tocantins-Araguaia, São Francisco, and East Atlantic basins. Cytogenetic analyses (mapping of repetitive DNAs by FISH, comparative genomic hybridization - CGH, and whole chromosome painting - WCP) revealed that half of the species studied here have distinguishable sex chromosomes, including new occurrences of the X1X2Y multiple system and the first occurrence of XX/XY in a clade II species. The chromosome number evolution modeling data and sex linked markers suggests that these systems derive from an ancestor with a 2n = 58 karyotype and XX/XY system, sharing sex-linked markers among species of clades I and III, and suggesting a turnover event in clade II. Additionally, sex-linked markers indicate that all 16 investigated species exhibit a male heterogametic sex chromosome system (eight previously known for their cytogenetic heteromorphism), suggesting the presence of simple homomorphic systems (XX/XY) in eight species (H. dissidens, H. guianensis, Harttia sp. 3, H. kronei, H. longipinna, H. loricariformis, H. gracilis, and H. fowleri). Furthermore, while the fusion of sex chromosomes with autosomes enabled the emergence of multiple sex systems in clade III, chromosome painting data show that chromosome fissions were crucial for the differentiation of sex chromosomes in clade II. Chromosomal differentiation, investigated through repetitive DNAs (satellites, microsatellites, ribosomal DNAs), suggests that geographic isolation and historical factors shaped the genetic structure and evolutionary divergence within the genus. In conclusion, this work contributes significantly to understanding the cytogenomics and demographic evolution of Harttia, establishing it as a valuable model for exploring diversification in Neotropical environments.Esta tese explorou as relações evolutivas, citogenômicas e filogeográficas do gênero Harttia, um gênero de peixes amplamente distribuídos no território brasileiro. Devido à sua diversidade de sistemas de cromossomos sexuais, incluindo o simples (XX/XY) e múltiplos (XX/XY1Y2 e X1X1X2X2/X1X2Y) encontrados em aproximadamente 28% das espécies citogeneticamente investigadas, Harttia é um dos poucos grupos biológicos considerados como repositório de sexuais múltiplos, fornecendo insights únicos sobre a evolução cromossômica. Investigamos a história evolutiva do gênero a partir de 16 espécies, seis destas caracterizadas citogeneticamente pela primeira vez na literatura (H. dissidens, H. duriventris, H. guianensis, H. rondoni, H. villasboas e Harttia sp. 3). A tese foi pioneira em propor uma filogenia para o gênero com dados genômicos de larga escala (DArTseq SNPs), ampliando as perspectivas das relações evolutivas ao caracterizar os três principais clados do gênero associados a diferentes regiões biogeográficas: um composto por espécies do Escudo das Guianas (Clado I), outro por espécies das drenagens do Norte do Brasil (Clado II) e o terceiro por espécies do Sul e Sudeste do Brasil (Clado III). A modelagem biogeográfica sugere que o ancestral do gênero habitava as bacias Amazônica, Paraná ou Atlântico Sul, com colonizações secundárias para as bacias do Tocantins-Araguaia, São Francisco e Atlântico Leste. As análises citogenéticas (mapeamento de DNAs repetitivos via FISH, hibridização comparativa de genomas - CGH e pintura cromossômica - WCP) revelaram que metade das espécies estudadas possuem cromossomos sexuais diferenciáveis, incluindo novas ocorrências do sistema múltiplo X1X2Y e a primeira ocorrência de XX/XY para uma espécie do clado II. Os dados de modelagem de número cromossômico e marcadores ligados ao sexo indicam que esses sistemas derivaram de um ancestral com cariótipo de 2n = 58 e sistema XX/XY, que compartilha marcadores ligados ao sexo entre espécies dos clados I e III, sugerindo um evento de turnover no clado II. Ademais, os marcadores ligados ao sexo indicam que todas as 16 espécies investigadas apresentam um sistema de cromossomos sexuais com heterogametia masculina (oito previamente conhecidas visto seu heteromorfismo), sugerindo a presença de sistemas simples homomórficos em oito delas (H. dissidens, H. guianensis, Harttia sp. 3, H. kronei, H. longipinna, H. loricariformis, H. gracilis, H. fowleri). Além disso, enquanto as fusões de cromossomos sexuais com autossomos possibilitaram o surgimento de sistemas sexuais múltiplos no clado III, dados de pintura cromossômica demonstram que as fissões cromossômicas foram cruciais para a diferenciação nos cromossomos sexuais no clado II. A diferenciação cromossômica, investigada por DNAs repetitivos (satélites, microssatélites, DNAs ribossomais), sugere que o isolamento geográfico e fatores históricos moldaram a estrutura genética e as divergências evolutivas do gênero. Conclusivamente, o trabalho contribui para o entendimento da evolução citogenômica e demográfica de Harttia, consolidando-o como um modelo significativo para explorar diversificação em ambientes Neotropicais.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Processo nº 2020/02681-9, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Processo nº 2022/04261-2, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Processo nº 2023/08116-0, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), Código de Financiamento 001porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Genética Evolutiva e Biologia Molecular - PPGGEvUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessEvoluçãoPeixesCitogenética MolecularSequenciamento NGSDArT-seqFilogeografiaCromossomos SexuaisEvolutionFishesMolecular cytogeneticsNGS sequencingPhylogeographyDArT-seqSex chromosomesCIENCIAS BIOLOGICAS::GENETICA::GENETICA ANIMALRelações evolutivas e história demográfica em espécies de Harttia Steindachner, 1876Evolutionary relationships and demographic history in species of Harttia Steindachner, 1876info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARTEXTTese de Doutorado_Francisco Sassi.pdf.txtTese de Doutorado_Francisco Sassi.pdf.txtExtracted texttext/plain102780https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/4bf8f203-a89e-4704-baa2-56eb9a148d11/download067e4450747a22bc1f4681169710a1e2MD56falseAnonymousREADTHUMBNAILTese de Doutorado_Francisco Sassi.pdf.jpgTese de Doutorado_Francisco Sassi.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg3160https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/d4d36c8f-c3da-4581-9ef0-24853faceef8/downloadbc102c2019823a75e74c438b94bca592MD57falseAnonymousREADORIGINALTese de Doutorado_Francisco Sassi.pdfTese_Retificada.pdfapplication/pdf4374038https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/0ab55e0d-e745-434a-bca5-668ee6c792ca/download0eed7e126fde35ffc89f4c490b4458c7MD55trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/3346984c-f8c8-4359-ac64-1440b78159bf/downloadf337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52falseAnonymousREAD20.500.14289/212662025-08-13T03:18:27.652211Zhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/21266https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-08-13T03:18:27Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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