Evolutionary history of philaenus spumarius (hemiptera, aphrophoridae) and the adaptive significance and genetic basis of its dorsal colour polymorphism

Tese de doutoramento, Biologia (Biologia Evolutiva), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2017Understanding the genetic basis of adaptive traits and how natural populations adapt to their environment, are fundamental problems in evolutionary biology. Colour polymorphisms are good systems in which these issues can be addressed. This work exploits the adaptive significance of the dorsal colour polymorphism in Philaenus spumarius and describes the efforts to identify genomic region(s) linked to the dorsal colour variation in this species. It also involves the investigation of the evolutionary pattern of P. spumarius. The phylogeographic results showed that main demographic and evolutionary events for the European populations seem to have occurred during Pleistocene, probably as a consequence of the main climatic oscillations that characterised this period. Evidence of recent gene-flow among Mediterranean peninsulas, as well as a close relationship between Iberia and North Africa, a probable British origin for the populations of the Azores and New Zealand, and indication that both western and north-eastern Europe colonised North America, were also found. Captivity experiments, testing the adaptive function of P. spumarius' dorsal colour polymorphism, indicated a higher longevity, a higher number of oviposition events, and a higher number of eggs laid for trilineatus than for marginellus and typicus. A total of 1,837 genomic markers (SNPs) and 928 loci were obtained through RAD sequencing for 33 individuals of three colour phenotypes (trilineatus, marginellus and typicus), and a genome wide association study performed to identify regions related to dorsal colour variation. Single and multi-association analyses identified a total of 60 SNPs associated with dorsal colour phenotypes but none of these SNPs showed homology with colour genes described in other insect species. A stronger differentiation of the trilineatus colour phenotype was also found with these markers. New genomic and transcriptomic resources were developed, constituting important tools and a basis for future research in this species. The resources correspond to a genome draft (25% of the total estimated genome (5.3 Gb)) and to an 81.4 Mb transcriptome assembly. The analysis of the candidate gene yellow found no association with dorsal colour phenotypes. Although suggesting that yellow is not involved in colour variation in P. spumarius, a possible effect of this gene can not be totally excluded without, further analyses. Phylogenetic analyses found contrasting patterns between yellow and the neutral ITS2, indicating that, contrary to ITS2, yellow is conserved within the genus. A higher haplotype and nucleotide diversity was observed for P. spumarius. This could be related to a higher sample size or to the different ecology of the species. The present thesis showed that P. spumarius constitutes a potential good model system to study adaptation and the evolutionary mechanisms involved in the maintenance of polymorphisms.Compreender a base genética de características adaptativas e o modo como as populações naturais evoluem e se adaptam ao seu ambiente é fundamental e constitui um dos temas mais interessantes para a Biologia Evolutiva. Os polimorfismos de coloração são bastante comuns em animais e plantas e, quando combinados com dados genéticos e ecológicos, podem ser excelentes sistemas para estudar não só o processo de adaptação mas também as alterações moleculares subjacentes à variação fenotípica. O presente trabalho teve como principais objetivos a exploração da importância adaptativa de um polimorfismo de coloração e a identificação de genes ou regiões genómicas potencialmente envolvidos na variação de cor. O organismo escolhido para este estudo foi a espécie Philaenus spumarius (L.) (Hemiptera, Aphrophoridae), vulgarmente conhecida como cigarrinha-da-espuma. Este inseto, que se encontra amplamente distribuído pela região Holártica, apresenta vários padrões de coloração da zona dorsal do corpo, com 16 fenótipos melânicos e não melânicos descritos, e cuja base genética e significado adaptativo permanecem por investigar. Para melhor compreender o processo de adaptação e, neste caso, para melhor estudar a base molecular que está por trás do polimorfismo dorsal de coloração de P. spumarius, é importante perceber a história evolutiva da espécie. Ao comparar-se o padrão de genes neutrais com o padrão de genes adaptativos, os efeitos da história evolutiva e/ou demografia são passíveis de ser distinguidos dos efeitos da seleção natural. Embora existam vários estudos genéticos sobre a biogeografia da espécie, estes focam-se, maioritariamente, em populações Europeias e carecem de estimativas de tempo para os principais eventos evolutivos e demográficos. Assim, uma primeira fase deste trabalho envolveu a investigação do padrão biogeográfico da cigarrinha-da-espuma, usando marcadores mitocondriais (Citocromo Oxidase I, Citocromo Oxidase II e Citocromo b) e nucleares (“Elongation Factor 1α”). Pela primeira vez obtiveram-se estimativas de tempo para os principais eventos demográficos e evolutivos ocorridos para esta espécie nas penínsulas Mediterrânicas e, analisaram-se os seus padrões de colonização fora da Eurasia, nomeadamente, no norte de África e na América do norte. Os resultados indicam que a divergência entre as populações de P. spumarius é recente, tendo ocorrido no Pleistoceno Médio/Superior, e está muito provavelmente ligada às alterações climáticas do período Quaternário. Os marcadores mitocondriais mostram que terá ocorrido uma primeira separação da cigarrinha-da-espuma em duas grandes linhagens: a linhagem “ocidental”, na região Mediterrânica, e a linhagem “oriental”, na zona da Anatolia/Cáucaso. Posteriormente, ter-se-á dado a diferenciação da linhagem “ocidental” em duas sub-linhagens: a linhagem “Mediterrâneo-ocidental” na Península Ibérica e a linhagem “Mediterrâneo-oriental” localizada na região dos Balcãs. Este padrão, no entanto, difere do padrão nuclear, o que sugere a existência de cruzamentos e/ou separação incompleta de linhagens. Os eventos de divergência que tiveram lugar nas várias penínsulas Mediterrânicas (refúgios a sul) terão, provavelmente, ocorrido durante os períodos glaciares do Pleistoceno. Após esses períodos, as populações de P. spumarius ter-se-ão expandido em direcção ao norte, a partir da Península Ibérica para o centro e oeste da Europa, e da Anatolia/Cáucaso (ou zonas mais a este) para o leste e centro da Europa. Este estudo também detetou a existência de fluxo genético entre as penínsulas Mediterrânicas e uma relação próxima entre as populações Ibéricas e do norte de África. As populações dos Açores e Nova Zelândia tiveram muito provavelmente uma origem a partir das populações Britânicas e a colonisação da América do norte parece ter sido feita por indivíduos pertencentes não só à linhagem ocidental mas também pertencentes à linhagem presente no norte da Europa. Para tentar perceber porque é que o polimorfismo de cor se mantém nas populações naturais de P. spumarius e qual a sua importância adaptativa, foram realizadas experiências em cativeiro nas quais se testaram diferenças na sobrevivência, sucesso reprodutor e duração de maturação dos ovos em três fenótipos de cor (typicus, trilineatus e marginellus). Curiosamente, foi observada uma maior longevidade para a forma trilineatus, assim como um maior número de eventos de oviposição e maior número total de ovos. O estudo sugere que, na manutenção deste polimorfismo poderão estar envolvidos vários factores e que as diferenças observadas entre o trilineatus e os restantes fenótipos são, possivelmente, uma maneira destes indíviduos compensarem uma maior taxa de ataque por parasitóides e/ou uma maior refletância da radiação solar, ambos reportados em estudos anteriores. No presente trabalho foi investigada a base genética deste polimorfismo. O objetivo consistiu em tentar identificar uma ou várias regiões genómicas associadas à variação do padrão de coloração dorsal em P. spumarius. Duas abordagens foram usadas. A primeira abordagem implicou um estudo de associação no qual se usaram marcadores (“Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs)) distribuídos ao longo do genoma, obtidos através da técnica “Restriction Associated DNA (RAD) sequencing”. Com este método de sequenciação, um conjunto de 1837 marcadores foi obtido para 33 indivíduos e, associações com três padrões de cor (typicus, trilineatus e marginellus), foram testadas. As análises identificaram um total de 60 SNPs associados com o padrão de coloração dorsal e revelaram uma maior diferenciação dos indivíduos trilineatus. Os indivíduos deste morfotipo também se revelaram os mais diferenciados em várias características fisiológicas e de história de vida testadas nas experiências de cativeiro. Não foi encontrada homologia entre as regiões associadas e genes da cor já descritos para outras espécies. Os dados sugerem que loci de grande efeito, correspondendo a várias regiões do genoma, podem estar envolvidos na variação encontrada entre os três fenótipos investigados. Para além disso, indicam que uma arquitetura genética complexa pode estar a controlar quer a variação dos padrões de cor quer características da história de vida e que, a selecção natural pode não estar a atuar diretamente na cor. Para ajudar na caracterização das regiões genómicas associadas à variação dos padrões de coloração, o genoma parcial, correspondendo a 25% dos 5.3 Gb estimados, e o transcriptoma de P. spumarius (81.4 Mb) foram sequenciados e “assemblados”. Dos SNPs associados com a cor, 35% alinharam com o genoma e 10% com o transcriptoma indicando que, caso o transcriptoma esteja bem representado, a maioria dos SNPs associados está em regiões não codificantes. Uma abordagem de genes candidatos foi igualmente usada para investigar genes que estão envolvidos na coloração em outros insectos, e que podem potencialmente contribuir para o padrão de coloração em P. spumarius. Os padrões de cor em P. spumarius variam desde totalmente melânicos a totalmente pálidos. Em Drosophila, o gene yellow é um gene envolvido na síntese de melanina e, como tal, constitui um potencial candidato para a variação dos padrões de cor em P. spumarius e nas restantes espécies do género, também elas polimórficas para o padrão de coloração. Uma possível associação entre o yellow e os morfotipos typicus, trilineatus e marginellus foi testada mas nenhuma relação foi encontrada, sugerindo que este gene pode não estar diretamente envolvido na variação de cor nesta espécie. No entanto, como só uma parte do gene foi investigada, o seu envolvimento não pode ser totalmente excluído. A análise filogenética envolvendo o P. spumarius e algumas espécies próximas detetou a existência de padrões contrastantes entre este gene e o gene nuclear Internal Transcribed Spacer 2 (ITS2). Isto indica que, contrariamente ao ITS2, que separa as espécies em dois grandes grupos, o gene yellow é conservado dentro do género. Para o yellow foi encontrado o mesmo haplotipo em quase todas as espécies de Philaenus excepto para o P. maghresignus e P. arslani. Uma maior diversidade genética foi observada para o P. spumarius, podendo ser resultado da diferente ecologia da espécie. Este estudo demonstrou que, apesar de a aplicação de uma abordagem de genes candidatos, numa espécie como o P. spumarius, ser difícil, é importante investigar outros genes que possam estar envolvidos na determinação deste polimorfismo. A presente tese mostrou que a cigarrinha-da-espuma, P. spumarius, é potencialmente um bom modelo para estudar o processo de adaptação e os mecanismos evolutivos envolvidos na manutenção dos polimorfismos nas populações naturais

Ferulic acid exerts antidepressant-like effect in the tail suspension test in mice: Evidence for the involvement of the serotonergic system

AbstractFerulic acid (4-hydroxy-3-methoxycinnamic acid) is a phenolic compound present in several plants with claimed beneficial effects in prevention and treatment of disorders linked to oxidative stress and inflammation. In this study, we aimed to verify the possible antidepressant-like effect of acute oral administration of ferulic acid in the forced swimming test (FST) and tail suspension test (TST) in mice. Additionally, the mechanisms involved in the antidepressant-like action and the effects of the association of ferulic acid with the antidepressants fluoxetine, paroxetine, and sertraline in the TST were investigated. Ferulic acid produced an antidepressant-like effect in the FST and TST (0.01–10mg/kg, p.o.), without accompanying changes in ambulation. The pretreatment of mice with WAY100635 (0.1mg/kg, s.c., a selective 5-HT1A receptor antagonist) or ketanserin (5mg/kg, i.p., a 5-HT2A receptor antagonist) was able to reverse the anti-immobility effect of ferulic acid (0.01mg/kg, p.o.) in the TST. The combination of fluoxetine (5mg/kg, p.o.), paroxetine (0.1mg/kg, p.o.) or sertraline (1mg/kg, p.o.) with a sub-effective dose of ferulic acid (0.001mg/kg, p.o.) produced a synergistic antidepressant-like effect in the TST, without causing hyperlocomotion in the open-field test. Taken together, these results demonstrate that ferulic acid exerts antidepressant-like effect in the FST and TST in mice through modulation of the serotonergic system

Periódicos científicos digitais e ontologia : uma pesquisa

Apresenta pesquisa sobre periódicos científicos digitais e a construção de ontologia de referência, identificando a importância dos mesmos como veículos propulsores das ciências, seu formato digital e sua interoperabilidade. Trata-se de uma pesquisa documental e experimental, objetivando desenvolver uma ontologia que padronize os elementos (metadados) essenciais que estruturam, criam e mantém um periódico científico. Identificaram-se ontologias que tratam de periódicos científicos e compilaram-se os elementos tratados nessas ontologias, comparando-os com estudos existentes sobre a criação e manutenção de periódicos científicos. Conclui-se com uma lista de metadados que estruturam periódicos científicos, sendo que os termos foram traduzidos para o inglês e relacionam-se sinônimos, os quais estão sendo inseridos em editor de ontologias - plataforma Protégé

Development of a non-dairy probiotic fermented rice food with bifidobacterium animalis and streptococcus thermophilus

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First Report of Dieback Caused by Neofusicoccum batangarum in Cashew in Guinea-Bissau

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2,4,5-Tris(biphenyl-2-yl)-1-bromo­benzene

In the title compound, C42H29Br, the dihedral angles between the central benzene ring and the three attached benzene rings are very similar, lying in the range 52.65 (6)–57.20 (7)°. Of the dihedral angles between the rings of the o-biphenyl substituents, two are similar [46.34 (7) and 47.35 (7)°], while the other differs significantly [64.17 (7)°]. In the crystal, mol­ecules are linked into centrosymmetric dimers by two weak C—H⋯π inter­actions

Development of novel magnetoliposomes containing nickel ferrite nanoparticles covered with gold for applications in thermotherapy

Multifunctional nanosystems combining magnetic and plasmonic properties are a promising approach for cancer therapy, allowing magnetic guidance and a local temperature increase. This capability can provide a triggered drug release and synergistic cytotoxic effect in cancer cells. In this work, nickel ferrite/gold nanoparticles were developed, including nickel ferrite magnetic nanoparticles decorated with plasmonic gold nanoparticles and core/shell nanostructures (with a nickel ferrite core and a gold shell). These nanoparticles were covered with a surfactant/lipid bilayer, originating liposome-like structures with diameters below 160 nm. The heating capacity of these systems, upon excitation with light above 600 nm wavelength, was assessed through the emission quenching of rhodamine B located in the lipid layer. The developed nanosystems show promising results for future applications in thermotherapy.This research was funded by the Portuguese Foundation for Science and Technology (FCT) in the framework of the Strategic Funding of CF-UM-UP (UID/FIS/04650/2019) and through the research project PTDC/QUI-QFI/28020/2017 (POCI-01-0145-FEDER-028020), financed by European Fund of Regional Development (FEDER), COMPETE2020, and Portugal2020. The magnetic measurements were supported by projects UTAP-EXPL/NTec/0046/2017, NORTE-01-0145-FEDER-028538, and PTDC/FIS-MAC/29454/2017. I.S.R.R. acknowledges FCT for a research grant under CF-UM-UP Strategic Funding (UID/FIS/04650/2019)

Development of nickel-based magnetoliposomes

Liposomes entrapping nickel-based magnetic nanoparticles (magnetoliposomes) were prepared and characterized.This work was supported by FEDER through the COMPETE Program and by the Portuguese Foundation for Science and Technology (FCT) in the framework of the Strategic Project of CFUM [PEst-C/FIS/UI0607/2011 (F-COMP-01-0124-FEDER-022711)]. FCT is also acknowledged for the PhD grant of A.R.O. Rodrigues (SFRH/BD/90949/2012)

Stealth magnetoliposomes based on calcium-substituted magnesium ferrite nanoparticles for curcumin transport and release

Despite the promising pharmacological properties of curcumin, the transport and effective release of curcumin is still a challenge. The advances in functionalized nanocarriers for curcumin have also been motivated by the anticancer activity of this natural compound, aiming at targeted therapies. Here, stealth (aqueous and solid) magnetoliposomes containing calcium-substituted magnesium ferrite nanoparticles, CaxMg1−xFe2O4 (with x = 0.25, 0.50, 0.75) were developed as nanocarriers for curcumin. The magnetic nanoparticles exhibit superparamagnetic properties and crystalline structure, with sizes below 10 nm. The magnetoliposomes based on these nanoparticles have hydrodynamic diameters around or below 150 nm and a low polydispersity. The influence of an alternating magnetic field (AMF) on drug release over time was evaluated and compared with curcumin release by diffusion. The results suggest the potential of drug-loaded magnetoliposomes as nanocarriers that can be magnetically guided to the tumor sites and act as agents for a synergistic effect combining magnetic hyperthermia and controlled drug release.This research was funded by the Portuguese Foundation for Science and Technology (FCT) in the framework of the Strategic Funding of CF-UM-UP (UID/FIS/04650/2019) and through the research project PTDC/QUI-QFI/28020/2017 (POCI-01-0145-FEDER-028020), financed by European Fund of Regional Development (FEDER), COMPETE2020 and Portugal2020. The magnetic measurements were supported by projects UTAP-EXPL/NTec/0046/2017, NORTE-01-0145-FEDER-028538 and PTDC/FIS-MAC/29454/2017. The APC was also funded by FCT. B.D.C. acknowledges FCT for a PhD grant (SFRH/BD/141936/2018)