Desvendando a história antiga e recente de peixes neotropicais usando marcadores moleculares

Orientador : Walter A. BoegerTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ecologia e Conservação. Defesa: Curitiba, 03/03/2016Inclui referências : fResumo: Padrões de diversificação e estrutura genética das espécies são resultados da interação de características biológicas (capacidade) e ambientais (oportunidade). Essas características interagem ao longo do tempo, de forma que o mosaico de padrões presentes na natureza é resultado tanto de eventos contemporâneos quando de eventos históricos. Esse trabalho tem como objetivo avaliar, através de marcadores moleculares, como as características biológicas e ambientais (capacidade e oportunidade) se relacionam ao longo de diferentes escalas de tempo para formar os padrões de estrutura genética e diversificação de espécies de peixes neotropicais. Para isso, dois modelos são utilizados. No primeiro modelo (Capítulo I), os padrões de diversificação e estrutura genética de Atherinella brasiliensis (avaliados através dos fragmentos mitocondriais D-loop e Citocromo Oxidase B) suportaram que as características biológicas (espécie estuarina com retenção larval e dispersão limitada) possibilitaram o isolamento e a diversificação alopátrica durante períodos de alta do nível do mar e conexão durante eventos de regressão nas populações do Sul do Brasil, propiciando diversificação por Taxon Pulse. Na região sul do país, a plataforma continental é profunda e extensa, e conexões entre bacias e estuários com fluxo gênico entre as populações durante eventos de baixa do nível do mar são prováveis. Alternativamente, as populações do nordeste do Brasil (plataforma continental rasa e estreita) se mantiveram isoladas mesmo durante períodos de baixa do nível do mar, apresentando profunda diferenciação genética e endemismo de linhagens entre as populações. Assim, os resultados suportam a influência do tamanho da plataforma continental nos padrões de estrutura genética e diversificação de A. brasiliensis. No segundo modelo, foi testada a presença de comportamento de homing no pintado Pseudoplatystoma corruscans no Alto Rio Paraná através de marcadores microssatélites e sequências mitocondriais (Capítulo II). As diferenças entre as populações de larvas (identificação das larvas realizada no Capítulo III) do Rio Amambaí com aquelas dos Rios Ivinheima e Ivaí (áreas de reprodução) e mistura das populações nas áreas de alimentação (regiões baixas dos tributários e calha principal do Rio Paraná) sugerem que P. corruscans realiza homing. Contudo, a ausência de diferenciação genética entre as populações dos Rios Ivinheima e Ivaí pode ser decorrente do impacto da barragem de Porto Primavera, à montante da região analisada. Essa hipótese foi testada através de um modelo matemático criado no Capítulo IV. As simulações suportam que a adição de uma barragem gera homogeneização genética entre populações que realizam homing, especialmente naquelas adjacentes à barragem. Assim, os resultados dos Capítulos II e IV suportam a hipótese que P. corruscans da bacia do Alto Rio Paraná realiza homing, mas que a UHE de Porto Primavera provavelmente causou homogeneização genética entre as populações dos Rios Ivaí e Ivinheima. Por fim, os resultados da tese exemplificam como as capacidades das espécies (e.g. retenção larval; migrações e homing) interagem com as diferentes oportunidades (e.g. ciclos de isolamento e reconexão entre bacias litorâneas e estuários devido a movimentos eustáticos; sistema dendrítico com heterogeneidade ambiental), atuando interativamente na determinando os padrões de diversificação e estrutura genética das espécies. Essa abordagem é essencial para o entendimento dos mecanismos que geram a biodiversidade atual e possibilitam o embasamento de estratégias de manutenção dos potenciais evolutivos de espécies de peixes neotropicais. Palavras-chaves: Atherinella brasiliensis, Barragens, Genética da Conservação, Híbridos, Homing, Larvas de peixes, Modelos matemáticos, Pseudoplatystoma corruscans, Taxon Pulse.Abstract: Diversification patterns and genetic structure of fish species result from biological (capacities) and environmental (opportunity) characteristics. These characteristics interact over time, and the mosaic of biological patterns is resulted from historical and current events. The main goal of the present study is assess how biological and environmental characteristics (capacity and opportunity) interact over different temporal scales to create the diversification patterns and genetic structure of Neotropical fish species. First, the diversification pattern and the genetic structure of the estuarine silverside Atherinella brasiliensis support biological characteristics (limited gene flow among populations) allow isolation and allopatric diversification in periods of high sea level, and connections among populations in periods of low sea level in South Brazil. Therefore, these cycles of isolation and expansion along the eustatic sea level changes permit these populations to diversify by Taxon Pulse. In the South Brazil, the continental shelf is broader, and its basins present great connections during periods of low sea level. Alternatively, the estuaries and basins from northeastern Brazil (narrow continental shelves) remained isolated over periods of low sea level, and its populations presented higher genetic differentiation and lineages endemism than southern populations. These results support the influence of the extension of the continental shelves on the diversification pattern and genetic structure of A. brasiliensis. In the second model, we assessed the genetic structure of the pintado Pseudoplatystoma corruscans from the Upper Paraná River to test if this species presents homing behavior. The genetic differentiation among the reproductive populations (inferred from their larvae) from the Amambai River and those from the Ivinheima River and Ivaí River, and the mixture of populations along the main channel (Paraná River - feeding area) support that P. corruscans perform homing. However, the lack of genetic differentiation between the populations of larvae from Ivaí River and Ivinheima River suggests that other factors are preventing the genetic differentiation among these populations, as such the Porto Primavera dam (upstream). In this way, we developed a mathematical model to test the effect of dams on populations that exhibit homing behavior. Our simulations support that those populations present reduced genetic differentiation as results of the isolation of the individuals of their reproductive sites by dams, mostly in the rivers adjacent to them. These results support that P. corruscans performs homing, but the Porto Primavera homogenized genetically the populations from the Ivinheima River and the Ivaí River. Finally, our results exemplify how capacities (migration and homing) and opportunities (cycles of isolation and expansion, dendritic network of rivers) work interactively and determine the genetic structure and diversification patterns of neotropical fishes. This approach allows us to understand which factors determine the current biodiversity and to base the development of conservation programs that maintain the evolutionary potentials of Neotropical fish species. Keywords: Atherinella brasiliensis, Conservation Genetics, Dams, Hybrids, Homing, Fish larvae, Mathematical models, Pseudoplatystoma corruscans, Taxon Pulse

Avaliação do Status Quo da Tilápia do Nilo Oreochromis Niloticus no Reservatório de Itaipú e na Bacia do Rio Uruguai

Resumo: As tilápias, ciclídeos da tribo Tilapiine, possuem grande importância na aquicultura, sendo o terceiro grupo mais produzido na aquicultura mundial e o segundo na aquicultura brasileira, com grande destaque para a Tilápia do Nilo, Oreochromis niloticus. Contudo, as diversas características que as tornam eficientes para o cultivo potencializam sua capacidade de estabelecimento de populações em uma ampla variedade de ambientes, causando preocupantes impactos ambientais. No Brasil, o cultivo de espécies exóticas (e.g. tilápias) é proibido, como no reservatório de Itaipu e na bacia do Rio Uruguai, exceto se existirem populações estabelecidas na Unidade Geográfica de Referência. Dessa forma, são necessários estudos que testem o estabelecimento das Tilápias do Nilo e de outros organismos exóticos, uma vez que a avaliação de tal estabelecimento diversas vezes é baseada em apenas em conhecimentos anedóticos (e.g. pela simples captura de uns poucos indivíduos), sem a realização de teste de hipótese baseados em dados científicos. Nesse trabalho, portanto, foi desenvolvida uma rigorosa metodologia baseada em uma análise multidisciplinar (i.e. dados de abundância, reprodução, estrutura, identificação de linhagens e dieta) para testar a hipótese de estabelecimento de populações da Tilápia do Nilo, O. niloticus, no reservatório de Itaipu e na bacia do Rio Uruguai. Inicialmente, foi desenvolvido um protocolo de identificação de linhagens de tilápias e de seus híbridos através de marcadores moleculares microssatélites. Esse protocolo foi utilizado para caracterizar as linhagens produzidas em pisciculturas nos dois sistemas hidrológicos. Em seguida, para avaliação da presença de populações estabelecidas nessas regiões, foram capturadas tilápias em pesca científica e profissional, trimestralmente, entre outono/2010 e outono/2011. Para ambos os sistemas hidrológicos, foram encontradas baixa abundância da Tilápia do Nilo, sazonalidade na coleta de indivíduos e ausência de indivíduos de pequeno porte, de fêmeas desovadas e de uniformidade genética dos estoques ao longo do ano. Além disso, as análises de conteúdo estomacal dos indivíduos demonstraram que ração é um importante item alimentar dos estoques e as análises moleculares indicaram que o perfil genético dos espécimes coletados é semelhante aos encontrados em pisciculturas das regiões. Dessa forma, rejeita-se a hipótese de estabelecimento de populações de O. niloticus no reservatório de Itaipu e na bacia do Rio Uruguai, sendo que escapes de pisciculturas determinam a presença de tilápias em tais sistemas hidrológicos. Apesar da alta quantidade de indivíduos provenientes de escapes em mais de 40 anos de cultivo, fatores abióticos (i.e. temperatura da água) e bióticos (i.e. controle por predação) provavelmente impedem o estabelecimento da Tilápia do Nilo na bacia do Rio Uruguai e no reservatório de Itaipu. Por fim, a metodologia desenvolvida nesse estudo demonstrou-se eficaz no teste da existência de populações estabelecidas de espécies exóticas, e pode ser utilizado em estudos de invasões biológicas de diversas espécies de peixes

Avaliando a paternidade em Ucides cordatus (Linnaeus, 1763) (Ocypodidae, decapoda) através de marcadores microssatélites

Orientador: Walter Antonio Pereira BoegerMonografia (Bacharelado) - Universidade Federal do Paraná. Setor de Ciências Biológicas. Curso de Graduação em Ciências BiológicasResumo : O caranguejo-uçá Ucides cordatus possui ampla distribuição ao longo de manguezais da costa ocidental do oceano Atlântico, estando presente do Sul da Flórida até Santa Catarina. Considerada uma das espécies chaves de tal ecossistema, possui também grande importância econômica e social para as comunidades que vivem ao redor dos manguezais. Fatores como sobre-pesca, perda de habitat e a DCL têm causado diminuição dos estoques naturais ou do tamanho dos indivíduos de tal espécie. Dessa forma, são necessários estudos que fundamentem estratégias de manejo e conservação para U. cordatus, bem como a produção de larvas em cativeiro. Nesse trabalho, foram utilizados marcadores de microssatélites para avaliar a múltipla paternidade em U. cordatus. Para tal, foram genotipadas 10 fêmeas, mantidas em caixas d’água em manguezal de Guaratuba-PR para projeto de repovoamento, e aproximadamente 10 de suas respectivas larvas, através de 6 conjuntos de marcadores moleculares microssatélites. Em 40% das fêmeas foi detectada múltipla paternidade. As prováveis justificativas para a presença de poliandria na espécie são cópulas forçadas por machos, ausência de proteção da fêmea após a cópula e manutenção de espermatozóides viáveis na espermateca das fêmeas entre períodos reprodutivos subsequentes. Dentre as vantagens genéticas que podem justificar a manutenção de poliandria em Ucides cordatus estão a minimização de riscos de incompatibilidades genéticas e o aumento da diversidade de prole

Identificação de linhagens de tilápia‑do‑nilo e seus híbridos cultivados no Brasil por meio de marcadores microssatélites

The objective of this work was to evaluate a Bayesian model‑based clustering method to identify the strains of Nile tilapia (Oreochromis niloticus) individuals from fish farms in Southern Brazil. Assignment methods using nine microsatellite loci were applied to differentiate individuals of five reference strains (GIFT, GST, Nilótica, Chitralada, and Saint Peter) and to identify individuals of unknown strains from fish farms near the Itaipu reservoir and in the Uruguay River basin. The procedure assigned the correct strain in more than 90% of the cases and was also able to detect hybrids between strains. The obtained results showed that several fish farms in Southern Brazil cultivate more than one tilapia strain and even interstrain hybrids. The proposed methodology is a reliable tool for the identification of the strain origin of Nile tilapia individuals.O objetivo deste trabalho foi avaliar uma metodologia de agrupamento baseada em modelo Bayesiano para identificação de linhagens de indivíduos de tilápia‑do‑nilo (Oreochromis niloticus) de pisciculturas no Sul do Brasil. Métodos de alocação com nove loci de marcadores microssatélites foram aplicados para diferenciar indivíduos de cinco linhagens‑referência (GIFT, GST, Nilótica, Chitralada e Saint Peter) e para identificar indivíduos de linhagens desconhecidas coletados em pisciculturas ao redor do reservatório de Itaipu e na bacia do rio Uruguai. O procedimento atribuiu a linhagem correta em mais de 90% dos casos e pôde, inclusive, detectar híbridos entre linhagens. Os resultados obtidos mostraram que várias pisciculturas no Sul do Brasil cultivam mais de uma linhagem de tilápia‑do‑nilo e até mesmo híbridos entre as linhagens. A metodologia proposta é uma ferramenta confiável para a identificação das linhagens de origem de indivíduos de tilápia‑do‑nilo

Nassarius foveolatus (Gastropoda, Nassariidae), a new record of an exotic species in Brazil

Exotic species are those that occur in an area beyond their natural limit and they are considered invasive when they cause harm to the economy, environment, or human health. In coastal environments, ballast water and inlays on the hull and other parts of vessels are the main ways of introducing invasive aquatic alien species. Nassarius foveolatus (Dunker, 1847) is native from the Central and East Indian Ocean to the East China Sea. The first specimens (empty shells) of N. foveolatus were collected manually on November 11, 2017 on the Rocio footbridge, located in the Paranaguá Estuarine Complex, on the coast of the State of Paraná, southern Brazil. Posteriorly, live specimens were collected in other localities of this bay. It is already possible to infer that the specimens of N. foveolatus occur together with the native specimens of N. vibex (Say, 1822), having the same niche. As previously only N. vibex existed in that place, at least a displacement of this native species has been occurred. However, certainly future ecological studies may confirm this displacement and additional consequences to the local ecosystem, as nassariids can be predators and scavengers. Control procedures should be also greatly implemented

First record of the Mediterranean mussel Mytilus galloprovincialis (Bivalvia, Mytilidae) in Brazil

The genus Mytilus comprises a large number of bivalve mollusk species distributed throughout the world and many of these species are considered invasive. In South America, many introductions of species of this genus have already taken place, including reports of hybridization between them. Now, the occurrence of the Mediterranean mussel Mytilus galloprovincialis is reported for the first time from the Brazilian coast. Several specimens of this mytilid were found in a shellfish growing areas in Florianópolis and Palhoça, Santa Catarina State, Brazil. Morphological analysis of the shells and molecular analysis through sequencing of the cytochrome oxidase subunit 1 (COI) confirmed the taxonomic identification. The species is known for its great invasive potential and can become a major environmental problem for seafood business and coastal communities, as it can compete and even hybridize with local species

Dispersion of Leishmania (Leishmania) infantum in central-southern Brazil : evidence from an integrative approach

Leishmania infantum is the zoonotic agent of visceral leishmaniasis (VL). The epidemiological cycle in Brazil has dispersed from the Northeast to other regions of the country. Hypotheses regarding possible entries of Leishmania (L.) infantum into the area of the triple border are presented and discussed. The State of Parana´ borders the states of São Paulo and Mato Grosso, which have experienced VL epidemics over the past 20 years. The study used genetic markers to understand the dispersion of Leishmania infantum throughout central-southern Brazil. Results show two possible agent inputs in the Parana´ state, one coming from Paraguay, the other from Santa Catarina state.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoFundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e ecnológico do Paran

More than the eyes can see: The worrying scenario of canine leishmaniasis in the Brazilian side of the triple border.

A cross-sectional epidemiological study in the extreme-west of the state of Paraná was carried out to access the prevalence, distribution, and risk variables of canine Visceral Leishmaniases (cVL). This study was conducted in three areas, two cities of far west of Parana state: Foz do Iguaçu (FI) and Santa Terezinha de Itaipu (STI), and along two transects between these two municipalities. To sample the entire urban area, the cities (FI and STI) were divided into a grid of squares of 400 m2 (patch). Among the 526 patches, 123 in FI, 40 in the transects and 33 in STI were selected according to the 'worst scenario' criterion. In the transect areas, in each 0.86 km five dogs from houses were surveyed to leishmaniasis. In each patch, blood of five dogs from houses (and from neighborhood when necessary) in the areas that seemed to be the most appropriate for the proliferation of vector were surveyed. The infection of the dogs by cVL were assessed using two serological tests were used (cELISA and TR-DPP®), and, for those seropositive for both methods, the PCR method were used. Moreover, dogs presenting clinical signs or cutaneous lesions were sampled to PCR. The identification of Leishmania species was confirmed using PCR-RFLP followed by DNA sequencing. Micro, meso and macro scale environmental variables were also surveyed and statistically analyzed. The prevalence rate Leishmania infantum was 23.8% in FI, 4.7% in STI and 9.1% in the transects areas. Among the extrinsic variables analysed, the number of vectors and the presence of infected dogs in neighbouring were positively correlated with the occurrence of infected dogs. Dog size was positively correlated with cVL infection, while the quality of the dog's nutrition affected cVL negatively. As for cutaneous leishmaniasis (CL), the first registry of dogs infected with L. braziliensis in the region shows that there is potential for transmission in peri-urban areas, since environmental conditions allow the proliferation of vectors capable of transmitting this species of parasite. cVL is widely spread in FI, with high prevalence. This supports the hypothesis that the parasite has been present in the region for longer than previously believed, despite the fact that the presence of leishmaniais in the region has only been recognized recently. It is important to control the population of dogs infected with L. infantum (parasite and non-antibodies) to prevent the spread of the disease to other dogs and also to people in the region