Contribuições aos estudos de evolução cariotípica das aves e ao ensino de genética

Orientadora: Drª. Iris HassCoorientador: Dr. Ricardo José GunskiTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Genética. Defesa : Curitiba, 22/03/2019Inclui referências: p. 93-97Resumo: A citogenética é a ciência que estuda os cromossomos. Nela, as caraterísticas como o número diploide (2n), morfologia, padrões de bandas, e homologias dos cromossomos, podem ter valiosas aplicações sejam em diagnósticos clínicos ou para propor relações evolutivas entre as espécies. A grande diversidade da classe Aves e também o encanto pelo estudo dos cromossomos foram os grandes motivadores no desenvolvimento desta tese. No capítulo I, é apresentado cariótipo de Megaceryle torquata e Chloroceryle americana (Coraciformes, Alcedinidae). Foi observado que M. torquata e C. americana, divergem no número de cromossomos de 2n= 84 para 94, respectivamente. Nossa hipótese é que esta variação teve sua origem em fissões cêntricas, que ocorreram nos macrocromossomos. No capítulo II, é apresentado o cariótipo da espécie Trogon surrucura surrucura (Trogoniformes, Trogonidae) 2n= 82. A pintura cromossômica com as sondas cromossômicas do Gallus gallus e Leucopternis albicollis, evidenciaram que o cariótipo de T. s. surrucura foi derivado por fissões, fusões e inversões intracromossômicas. No capítulo III, é analisada a distribuição cromossômica dos sítios do 45S rDNA em 72 espécies de aves. Embora tenha sido observado que a maioria das espécies preserva o 45S rDNA em um par de microcromossomos. Foi observado que o 45S rDNA também ocorre em macrocromossomos e assim como em múltiplos microcromossomos. As origens destas variações são discutidas através de comparações que foram ancoradas em uma filogenia existente. É sugerido que processos recorrentes de duplicação resultaram em variações do número de cromossomos portadores do cluster 45S rDNA. Enquanto que fusões foram responsáveis pela redistribuição do cluster 45S rDNA de um ancestral localizado em microcromossomos para diferentes macrocromossomos. No capítulo IV, é apresentado o banco de dados citogenéticos para as aves, que foi elaborado nesta tese. Nele são disponibilizados os dados do número diploide para 1032 espécies e de homologia cromossômica com o cariótipo do Gallus gallus para 83 espécies. Assim, espera-se que as informações disponibilizadas no database possam estimular e guiar o desenvolvimento de novos trabalhos. E por último, no capítulo V, é apresentada uma alternativa para o ensino das alterações cromossômicas numéricas, as aneuploidias. A atividade é proposta na forma de um jogo de cartas, que são combinadas aos pares durante a montagem do cariótipo, originando assim diferentes aneuploidias. Palavras-chave: Cromossomo. Jogo. Genética. Aves. 45S rDNA.Abstract: Cytogenetics is the science that studies the chromosomes. In it, features such as diploid number (2n), morphology, band patterns, and chromosome homologies may have valuable applications in clinical diagnostics or to propose evolutionary relationships between species. The great diversity of the class Aves and also the charm by the study of the chromosomes were the great motivators in the development of this thesis. In chapter I, it presents karyotype of Megaceryle torquata and Chloroceryle americana (Coraciformes, Alcedinidae). It was observed that M. torquata and C. americana, differ in the number of chromosomes from 2n = 84 to 94, respectively. Our hypothesis is that this variation had its origin in centric fissions, which occurred in macrochromosomes. In chapter II, the karyotype of the species Trogon surrucura surrucura (Trogoniformes, Trogonidae) 2n = 82 is presented. The chromosome painting with the chromosome probes of Gallus gallus and Leucopternis albicollis, showed that the karyotype of T. s. surrucura was derived by intrachromosomal fissions, fusions and inversions. In Chapter III, the chromosomal distribution of the 45S rDNA sites in 72 species of birds is analyzed. Although it has been observed that most species preserve the 45S rDNA in a pair of microchromosomes. It has been observed that 45S rDNA also occurs in macrochromosomes and as in multiple microchromosomes. The origins of these variations are discussed through comparisons that were anchored in an existing phylogeny. It is suggested that recurring duplication processes resulted in variations in the number of chromosomes carrying the 45S rDNA cluster. While fusions were responsible for the redistribution of the 45S rDNA cluster from an ancestor located in microchromosomes to different macrochromosomes. In Chapter IV, the cytogenetic database for birds is presented, which was elaborated in this thesis. The data of the diploid number for 1032 species and chromosome homology with the G. gallus karyotype for 83 species are available. Thus, it is expected that the information available in the database can stimulate and guide the development of new works. Finally, in Chapter V, an alternative for the teaching of numerical chromosomal alterations, aneuploidies, is presented. The activity is proposed in the form of a card game, which are combined in pairs during the assembly of the karyotype, thus giving rise to different aneuploidies. Key- words: Chromosome. Game. Genetics. Birds. 45S rDNA

Identificação citogenética de quatro gerações de búfalos mestiços mantidos em um programa de conservação na ilha de Marajó/Brazil

The domestic buffaloes were divided in two groups: the river buffalo, which has chromosome number 2n=50 and the swamp buffalo, 2n=48. The crosses between these animals result in F1 specimens with 2n=49 which are viable and fertile. In Brazil the Baio type and the Carabao breed buffalo are found in small number and maintained in genetic conservation programs that aim to keep these groups separated, this way conserving their genetic heritage in situ as well as ex situ. The objective of this study was to evaluate cytogenetically buffaloes from Carabao breed, Baio type and its F1, F2, F3 and F4 crossbreeds kept in a genetic conservation program. The metaphases were obtained from blood culture of 50 animals Carabao breed, 45 Baio type and 10 animals belonging to the crossbreed progeny. The Baio type presented 2n=50 and the Carabao breed 2n=48. In the progeny were observed specimens with chromosome number 2n=48 or 2n=49 with morphological variations in the first pair of chromosomes. The diploid number 2n=49 confirms crossbreeding of the animals from the conservation program. Thus, the exclusion of these animals from the original herds is highly recommended in order to keep separate genotypes for each genetic group.Os búfalos domésticos são divididos em dois grupos: os búfalos de rio, com número diploide 2n= 50 e os búfalos de pântano, 2n= 48. O cruzamento F1 entre estes resultam em animais com 2n= 49, que são viáveis e férteis. No Brasil os búfalos do tipo Baio e da raça Carabao são mantidos em um programa de conservação genética que visa manter esses grupos separados, conservando seu patrimônio genético in situ e ex situ. O objetivo deste estudo foi avaliar citogeneticamente búfalos da raça Carabao, tipo Baio e suas crusas F1, F2, F3 e F4 mantidos em um programa de conservação genética. As metáfases foram obtidas a partir de cultura de linfócitos de 50 animais da raça Carabao, 45 do tipo Baio e 10 descendentes de uma fêmea mestiça. Os animais do tipo Baio apresentaram 2n= 50, os da raça Carabao 2n= 48. Para os descendentes foram observados 2n= 48 e 2n= 49, com variações morfológicas no primeiro par. O número diplóides 2n= 49 confirma a presença de animais cruzados no programa de conservação. Assim, a exclusão destes animais e seus descendentes é altamente recomendada dos rebanhos originais a fim de manter os genótipos separados para cada grupo genético

Contribuições aos estudos de evolução cariotípica das aves e ao ensino de genética

Orientadora: Drª. Iris HassCoorientador: Dr. Ricardo José GunskiTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Genética. Defesa : Curitiba, 22/03/2019Inclui referências: p. 93-97Resumo: A citogenética é a ciência que estuda os cromossomos. Nela, as caraterísticas como o número diploide (2n), morfologia, padrões de bandas, e homologias dos cromossomos, podem ter valiosas aplicações sejam em diagnósticos clínicos ou para propor relações evolutivas entre as espécies. A grande diversidade da classe Aves e também o encanto pelo estudo dos cromossomos foram os grandes motivadores no desenvolvimento desta tese. No capítulo I, é apresentado cariótipo de Megaceryle torquata e Chloroceryle americana (Coraciformes, Alcedinidae). Foi observado que M. torquata e C. americana, divergem no número de cromossomos de 2n= 84 para 94, respectivamente. Nossa hipótese é que esta variação teve sua origem em fissões cêntricas, que ocorreram nos macrocromossomos. No capítulo II, é apresentado o cariótipo da espécie Trogon surrucura surrucura (Trogoniformes, Trogonidae) 2n= 82. A pintura cromossômica com as sondas cromossômicas do Gallus gallus e Leucopternis albicollis, evidenciaram que o cariótipo de T. s. surrucura foi derivado por fissões, fusões e inversões intracromossômicas. No capítulo III, é analisada a distribuição cromossômica dos sítios do 45S rDNA em 72 espécies de aves. Embora tenha sido observado que a maioria das espécies preserva o 45S rDNA em um par de microcromossomos. Foi observado que o 45S rDNA também ocorre em macrocromossomos e assim como em múltiplos microcromossomos. As origens destas variações são discutidas através de comparações que foram ancoradas em uma filogenia existente. É sugerido que processos recorrentes de duplicação resultaram em variações do número de cromossomos portadores do cluster 45S rDNA. Enquanto que fusões foram responsáveis pela redistribuição do cluster 45S rDNA de um ancestral localizado em microcromossomos para diferentes macrocromossomos. No capítulo IV, é apresentado o banco de dados citogenéticos para as aves, que foi elaborado nesta tese. Nele são disponibilizados os dados do número diploide para 1032 espécies e de homologia cromossômica com o cariótipo do Gallus gallus para 83 espécies. Assim, espera-se que as informações disponibilizadas no database possam estimular e guiar o desenvolvimento de novos trabalhos. E por último, no capítulo V, é apresentada uma alternativa para o ensino das alterações cromossômicas numéricas, as aneuploidias. A atividade é proposta na forma de um jogo de cartas, que são combinadas aos pares durante a montagem do cariótipo, originando assim diferentes aneuploidias. Palavras-chave: Cromossomo. Jogo. Genética. Aves. 45S rDNA.Abstract: Cytogenetics is the science that studies the chromosomes. In it, features such as diploid number (2n), morphology, band patterns, and chromosome homologies may have valuable applications in clinical diagnostics or to propose evolutionary relationships between species. The great diversity of the class Aves and also the charm by the study of the chromosomes were the great motivators in the development of this thesis. In chapter I, it presents karyotype of Megaceryle torquata and Chloroceryle americana (Coraciformes, Alcedinidae). It was observed that M. torquata and C. americana, differ in the number of chromosomes from 2n = 84 to 94, respectively. Our hypothesis is that this variation had its origin in centric fissions, which occurred in macrochromosomes. In chapter II, the karyotype of the species Trogon surrucura surrucura (Trogoniformes, Trogonidae) 2n = 82 is presented. The chromosome painting with the chromosome probes of Gallus gallus and Leucopternis albicollis, showed that the karyotype of T. s. surrucura was derived by intrachromosomal fissions, fusions and inversions. In Chapter III, the chromosomal distribution of the 45S rDNA sites in 72 species of birds is analyzed. Although it has been observed that most species preserve the 45S rDNA in a pair of microchromosomes. It has been observed that 45S rDNA also occurs in macrochromosomes and as in multiple microchromosomes. The origins of these variations are discussed through comparisons that were anchored in an existing phylogeny. It is suggested that recurring duplication processes resulted in variations in the number of chromosomes carrying the 45S rDNA cluster. While fusions were responsible for the redistribution of the 45S rDNA cluster from an ancestor located in microchromosomes to different macrochromosomes. In Chapter IV, the cytogenetic database for birds is presented, which was elaborated in this thesis. The data of the diploid number for 1032 species and chromosome homology with the G. gallus karyotype for 83 species are available. Thus, it is expected that the information available in the database can stimulate and guide the development of new works. Finally, in Chapter V, an alternative for the teaching of numerical chromosomal alterations, aneuploidies, is presented. The activity is proposed in the form of a card game, which are combined in pairs during the assembly of the karyotype, thus giving rise to different aneuploidies. Key- words: Chromosome. Game. Genetics. Birds. 45S rDNA

Cytogenetic comparison of Podocnemis expansa and Podocnemis unifilis: a case of inversion and duplication involving constitutive heterochromatin

Podocnemis expansa and P. unifilis present 2n = 28 chromosomes, a diploid number similar to those observed in other species of the genus. The aim of this study was to characterize these two species using conventional staining and differential CBG-, GTG and Ag-NOR banding. We analyzed specimens of P. expansa and P. unifilis from the state of Tocantins (Brazil), in which we found a 2n = 28 and karyotypes differing in the morphology of the 13th pair, which was submetacentric in P. expansa and telocentric in P. unifilis. The CBG-banding patterns revealed a heterochromatic block in the short arm of pair 13 of P. expansa and an interstitial one in pair 13 of P. unifilis, suggesting a pericentric inversion. Pair 14 of P. unifilis showed an insterstitial band in the long arm that was absent in P. expansa, suggesting a duplication in this region. Ag-NORs were observed in the first chromosome pair of both species and was associated to a secondary constriction and heterochromatic blocks

NOR-tendo como característica plesiomórfica em Mimus saturnino (Passeriformes Mimidae)

The order Passeriformes is the largest group of species karyotyped among birds, however little is known about the cytogenetic of the Mimidae family, registering only karyology basic data (giemsa staining). The aim of this study was to analyze the chromosomal complement from the species Mimus saturninus by conventional staining and differential chromosome banding. Diploid number and chromosome morphology were determined, as well as the distribution pattern of constitutive heterochromatin (CBG-banding), GTG-banding andAgNOR staining (NORs). The Chalk-browed Mockingbird has 2n=80. The first and fourth pairs are submetacentric and the second, third and fifth are acrocentric. The remaining chromosomes pairs of the complement have telocentric morphology. The Z chromosome is submetacentric and the W is metacentric. CBG-banding showed positive staining in the pericentromeric region of most macrochromosomes and microchromosomes and also at Z chromosome, differently from W chromosome which appeared totally heterochromatic. The GTG-banding was similar to Gallus gallus and in other species which have already been GTG-banded. The NORs were identified in a pair of microchromosomes characterized by presenting a remarkable secondary constriction. This can be considered as a plesiomorphic characteristic for M. saturninus once baseline groups (Paleognathae) also showed a pair of microchromosomes bearing NORs.A ordem Passeriformes é o maior grupo de espécies cariotipadas entre as aves, porém pouco se sabe sobre a citogenética da família Mimidae, registrando apenas dados básicos de cariologia (coloração giemsa). O objetivo deste estudo foi analisar o complemento cromossômico da espécie Mimus saturninus por coloração convencional e bandas diferenciais de cromossomos. O número diplóide e a morfologia cromossômica foram determinados, bem como o padrão de distribuição da heterocromatina constitutiva (banda CBG), banda GTG e coloração AgNOR (NORs). O Mockingbird sob giz possui 2n = 80. O primeiro e o quarto pares são submetacêntricos e o segundo, terceiro e quinto são acrocêntricos. Os pares cromossômicos restantes do complemento têm morfologia telocêntrica. O cromossomo Z é submetacêntrico e o W é metacêntrico. A banda CBG mostrou coloração positiva na região pericentromérica da maioria dos macrocromossomos e microcromossomos e também no cromossomo Z, diferentemente do cromossomo W, que parecia totalmente heterocromático. A banda GTG foi semelhante à Gallus gallus e em outras espécies que já foram banda GTG. As NORs foram identificadas em um par de microcromossomos caracterizados por apresentar uma constrição secundária notável. Isso pode ser considerado uma característica plesiomórfica para M. saturninus, uma vez que os grupos de linha de base (Paleognathae) também mostraram um par de microcromossomos contendo NORs

The distribution of 45s rDNA sites in bird chromosomes suggests multiple evolutionary histories

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nivel SuperiorUniversidade Federal do Paraná. Departamento de Genética. Curitiba, PR, Brazil.Universidade Federal do Pampa. São Gabriel, RS, Brazil.Universidade Federal do Pampa. São Gabriel, RS, Brazil.Universidade Federal do Pará. Belém, PA, Brazil / Ministério da Saúde. Secretaria de Vigilância em Saúde. Instituto Evandro Chagas. Laboratório Cultura de Tecidos e Citogenética. Ananindeua, PA, Brasil.Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Instituto de Biociências. Porto Alegre, RS, Brazil.Universidade Federal do Pampa. São Gabriel, RS, Brazil.Universidade Federal do Pampa. São Gabriel, RS, Brazil.Universidade Federal do Paraná. Departamento de Genética. Curitiba, PR, Brazil.The distribution of 45S rDNA cluster in avian karyotypes varies in different aspects, such as position, number of bearer chromosomes, and bearers being macro- or microchromosomes. The present study investigated the patterns of variation in the 45S rDNA-bearer chromosomes of birds in order to understand the evolutionary dynamics of the cluster configuration and its contribution to the evolution of bird karyotypes. A total of 73 bird species were analyzed, including both published data and species for which rDNA-FISH was conducted for the first time. In most birds, the 45S rDNA clusters were located in a single pair of microchromosomes. Hence, the location of 45S rDNA in macrochromosomes, observed only in Neognathae species, seems to be a derived state, probably the result of chromosomal fusion between microchromosomes and distinct macrochromosomes. Additionally, the 45S rDNA was observed in multiple microchromosomes in different branches of the bird phylogeny, suggesting recurrence of dispersion processeses, such as duplications and translocations. Overall, this study indicated that the redistribution of the 45S rDNA sites in bird chromosomes followed different evolutionary trajectories with respect to each lineage of the class Aves

Chromosome painting in Trogon s. surrucura (Aves, Trogoniformes) reveals a karyotype derived by chromosomal fissions, fusions, and inversions

Universidade Federal do Paraná. Programa de Pós Graduação em Genética. Laboratório de Citogenética e Genética da Conservação Animal. Curitiba, PR, Brasil.Universidade Federal do Pampa. Programa de Pós Graduação em Ciências Biológicas. Laboratório de Diversidade Genética Animal. São Gabriel, RS, Brasil.Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Programa de Pós Graduação em Genética e Biologia Molecular. Laboratório de Citogenética e Evolução. Porto Alegre, RS, Brasil.Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Programa de Pós Graduação em Genética e Biologia Molecular. Laboratório de Citogenética e Evolução. Porto Alegre, RS, Brasil.Ministério da Saúde. Secretaria de Vigilância em Saúde. Instituto Evandro Chagas. Laboratório de Cultura de Tecidos e Citogenética. Ananindeua, PA, Brasl / Universidade Federal do Pará. Instituto de Ciências Exatas e Naturais. Faculdade de Ciências Naturais. Belém, PA, Brazil.Universidade Federal do Pampa. Programa de Pós Graduação em Ciências Biológicas. Laboratório de Diversidade Genética Animal. São Gabriel, RS, Brasil.University of Cambridge. Department of Veterinary Medicine. Genomics. Cambridge, UKTrogons are forest birds with a wide distribution, being found in Africa, Asia, and America, and are included in the order Trogoniformes, family Trogonidae. Phylogenetic studies using molecular data have not been able to determine the phylogenetic relationship among the different genera of trogons. So far, no cytogenetic data for these birds exist. Hence, the aim of this study was to characterize the karyotype of Trogon surrucura surrucura by means of classical and molecular cytogenetics. We found a diploid chromosome number of 2n = 82, similar to most birds, with several derived features compared to chicken and the putative ancestral avian karyotype. T. s. surrucura showed 3 pairs of microchromosomes bearing 18S rDNA clusters. The Z and W sex chromosomes were of similar size but could readily be identified by morphological differences. Using chromosome painting with whole chromosome probes from Gallus gallus and Leucopternis albicollis, we found that the chromosomes homologous to chicken chromosomes 2 and 5 correspond to 2 different pairs in T. s. surrucura and L. albicollis, due to the occurrence of centric fissions. Paracentric inversions were detected in the segment homologous to chicken chromosome 1q, and we confirmed the recurrence of breakpoints when our results were compared to other species of birds already analyzed by FISH or by in silico genome assembly

Genomic Organization of Repetitive DNA in Woodpeckers (Aves, Piciformes): Implications for Karyotype and ZW Sex Chromosome Differentiation.

Birds are characterized by a low proportion of repetitive DNA in their genome when compared to other vertebrates. Among birds, species belonging to Piciformes order, such as woodpeckers, show a relatively higher amount of these sequences. The aim of this study was to analyze the distribution of different classes of repetitive DNA-including microsatellites, telomere sequences and 18S rDNA-in the karyotype of three Picidae species (Aves, Piciformes)-Colaptes melanochloros (2n = 84), Colaptes campestris (2n = 84) and Melanerpes candidus (2n = 64)-by means of fluorescence in situ hybridization. Clusters of 18S rDNA were found in one microchromosome pair in each of the three species, coinciding to a region of (CGG)10 sequence accumulation. Interstitial telomeric sequences were found in some macrochromosomes pairs, indicating possible regions of fusions, which can be related to variation of diploid number in the family. Only one, from the 11 different microsatellite sequences used, did not produce any signals. Both species of genus Colaptes showed a similar distribution of microsatellite sequences, with some difference when compared to M. candidus. Microsatellites were found preferentially in the centromeric and telomeric regions of micro and macrochromosomes. However, some sequences produced patterns of interstitial bands in the Z chromosome, which corresponds to the largest element of the karyotype in all three species. This was not observed in the W chromosome of Colaptes melanochloros, which is heterochromatic in most of its length, but was not hybridized by any of the sequences used. These results highlight the importance of microsatellite sequences in differentiation of sex chromosomes, and the accumulation of these sequences is probably responsible for the enlargement of the Z chromosome