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- Evolution of immune genes in Antarctic fishPublication . Fernandes, Stefan Abreu; Canário, Adelino V. M.; Chen, LiangBiaoA superordem dos Notothenioidei inclui o maior número de representantes the peixes ósseos na plataforma continental da Antártida. As condicões abióticas e bióticas que dominam nesta região do mundo levaram à radiação e à especiação desta ordem. As baixas temperaturas que se deram durante o período do Eoceno Tardio levaram à flutuação da superfície ocupada pela calota glaciar no Oceano Antártico o que levou a uma redução do habitat disponível na plataforma continental. Por sua vez, a falta de habitat foi seguida por um declínio nas espécies de peixes ósseos e a uma alteração na relação predador-presa o que permitiu dispersão e diversificação das espécies que se adaptaram ao novo meio ambiente. Há 25 milhões de anos as condições ambientais tornaram-se mais estáveis criando um ambiente dominado por águas frias, ricas em oxygénio e nutrientes o que promoveu a adaptação radiativa dos Notothenoids. Os novos nichos ecológicos associados a condições ambientais estáveis providenciaram aos Notothenoids os requisitos para se tornarem a ordem de peixes ósseos domiante na plataforma continental da Antártida. Um dos pontos de interesse por esta ordem de peixes ósseos deve-se ao facto de ainda não se perceber qual será o impacto do aquecimento global nestas espécies. As diversas adaptações presentes nas várias espécies desta ordem também representam um fator de peso no que leva ao seu interesse científico. Estas vão desde elevada densidade de mitocôndrias e maior dimensão do miocárdio, à perda de resposta das proteínas de choque térmico, perda de hemoglobina, à evolução de proteínas anticongelantes - as adaptações observadas indicam quão bem se deu a adpatação desta ordem a um ambiente extremo. Entretanto, já foram desenvolvidos trabalhos que evidenciam que o sistema imune destas espécies também foi sujeito a adaptações promovidas pelo meio ambiente da Antártida. De modo geral, o sistema imune permite aos organismos superar perturbações que vão ao encontro da sua homeostase. O estudo do sistema imune em vertebrados, como os peixes, pode revelar aspetos importantes para o entendimento da evolução do sistema imune em vertebrados mais complexos. O objetivo deste trabalho é de estudar a evolução de genes que se enquadram no sistema imune de três espécies de peixes ósseos da região Antártida, Eleginops maclovinus que reside na região sub-polar da Antártida e duas espécies cuja a distribuição é limitada ao oceano da Antártida pela corrente circumpolar, Notothenia coriiceps e Dissostichus mawsoni. Para tal, foram escolhidas cinco famílias de genes que se relacionam com o sistema imune, estas foram os toll-like receptors (TLR), immunoglobulin superfamily (IgSf), phosphoinositide-3-kinase (PIK3), AKT/protein kinase B (AKT3) e as semaphorins (Sema). Os genomas e transcriptomas de 8 espécies de peixes foram obtidos de bases de dados de livre acesso enquanto os genomas e transcriptomas das espécies da Antártida foram proporcionados pelo laboratório do Professor LiangBiao Chen da Shanghai Ocean University. Depois de identificadas as sequências proteícas destas famílias no peixe modelo Danio rerio, procedeu-se a uma pesquisa de similaridade por BLAST entre estas últimas e os transcriptomas das restantes espécies de forma a identificar as sequências potencialmente homólogas. Estas sequências por sua vez foram filtradas de modo a somente reter, para cada família, as sequências que apresentavam um rácio de identidade desejado. Após um alinhamento múltiplo de sequências (MSA), foram escolhidos para cada uma das famílias o melhor modelo evolutivo. Com os MSA de amino ácidos foi possível construir para cada família uma árvore filogenética na qual foi possível identificar genes ortólogos. Com os genes ortólogos foi possível construir uma árvore filogenética de espécies. De seguida, os MSA de amino ácidos foram convertidos para alinhamentos de codões para permitir a estimação da taxa de substituição de nucleótidos nas árvores filogenéticas das espécies, que é dada por v= dN/dS onde dN equivale à taxa de substituição não-sinónima e dS a taxa de substituição sinónima. Com o valor de dS foi então possível resolver a equação T=Ks/2r, em que T representa o tempo de divergência a ser calculado, Ks é taxa de substituição sinónima e r é a taxa de substituição estimada obtida da bibliografia. Os resultados relativos ao número de sequências e a análise filogenética permitiram identificar variabilidade no número de genes encontrados em cada espécie tal como também foi possível observar que, quando presentes, os ortólogos das 11 espécies formavam uma árvore filogenética distincta. Estas observações levaram a estipular, tanto para os Notothenoids como para os restantes taxa analisados, que estas famílias de genes se enquadram num processo evolutivo denomiado de processo de nascimento e morte. As estimações dos tempos de divergência, obtidos nos nós para cada família de genes que representada num maior número de espécies resultaram em tempos de divergência similares ou superiores às estimativas dadas pelos registos fósseis. Por sua vez, os nós que apresentavam um menor número de epécies, indicaram tempos de divergência mais recentes do que os registos fósseis. As cinco famílias de genes nos Nototheniidae indicaram tempos de divergência recentes desde 7.1 milhões de anos (m.y.a) para Sema, 6.2 m.y.a para AKT3, 4.3 m.y.a para IgSf, 4 m.y.a para PIK3 e 2.5 m.y.a para TLR. As diferenças obtidas entre os tempos de divergência das cinco famílias de genes revelam uma possível relevância perante a adaptação dos Nototheniidae ao ambiente antártico, pois as famílias de genes que apresentam funções mais diversas também apresentam tempos de divergência mais antigos (Sema, AKT3, PIK3, IgSf) do que as famílias de genes com funções somente immunologicas (TLR). Finalmente, foi possível observar que estes tempos de divergência incluem-se dentro das estimativas cronológicas dadas para um fenómeno climatérico conhecido como transição climatérica do mioceno médio (MMCT) que LiangBiao Chen da Shanghai Ocean University. Depois de identificadas as sequências proteícas destas famílias no peixe modelo Danio rerio, procedeu-se a uma pesquisa de similaridade por BLAST entre estas últimas e os transcriptomas das restantes espécies de forma a identificar as sequências potencialmente homólogas. Estas sequências por sua vez foram filtradas de modo a somente reter, para cada família, as sequências que apresentavam um rácio de identidade desejado. Após um alinhamento múltiplo de sequências (MSA), foram escolhidos para cada uma das famílias o melhor modelo evolutivo. Com os MSA de amino ácidos foi possível construir para cada família uma árvore filogenética na qual foi possível identificar genes ortólogos. Com os genes ortólogos foi possível construir uma árvore filogenética de espécies. De seguida, os MSA de amino ácidos foram convertidos para alinhamentos de codões para permitir a estimação da taxa de substituição de nucleótidos nas árvores filogenéticas das espécies, que é dada por v= dN/dS onde dN equivale à taxa de substituição não-sinónima e dS a taxa de substituição sinónima. Com o valor de dS foi então possível resolver a equação T=Ks/2r, em que T representa o tempo de divergência a ser calculado, Ks é taxa de substituição sinónima e r é a taxa de substituição estimada obtida da bibliografia. Os resultados relativos ao número de sequências e a análise filogenética permitiram identificar variabilidade no número de genes encontrados em cada espécie tal como também foi possível observar que, quando presentes, os ortólogos das 11 espécies formavam uma árvore filogenética distincta. Estas observações levaram a estipular, tanto para os Notothenoids como para os restantes taxa analisados, que estas famílias de genes se enquadram num processo evolutivo denomiado de processo de nascimento e morte. As estimações dos tempos de divergência, obtidos nos nós para cada família de genes que representada num maior número de espécies resultaram em tempos de divergência similares ou superiores às estimativas dadas pelos registos fósseis. Por sua vez, os nós que apresentavam um menor número de espécies, indicaram tempos de divergência mais recentes do que os registos fósseis. As cinco famílias de genes nos Nototheniidae indicaram tempos de divergência recentes desde 7.1 milhões de anos (m.y.a) para Sema, 6.2 m.y.a para AKT3, 4.3 m.y.a para IgSf, 4 m.y.a para PIK3 e 2.5 m.y.a para TLR. As diferenças obtidas entre os tempos de divergência das cinco famílias de genes revelam uma possível relevância perante a adaptação dos Nototheniidae ao ambiente antártico, pois as famílias de genes que apresentam funções mais diversas também apresentam tempos de divergência mais antigos (Sema, AKT3, PIK3, IgSf) do que as famílias de genes com funções somente imunológicas (TLR). Finalmente, foi possível observar que estes tempos de divergência incluem-se dentro das estimativas cronológicas dadas para um fenómeno climatérico conhecido como transição climatérica do mioceno médio (MMCT) que ocorreu entre os 25-5 m.y.a. Esta correlação levou a considerar que as adaptações do sistema imune dos nototheniidae sejam subsequentes ao MMCT.
- Introducing portable digital devices into science museum outreach activities: How diverse can it be?Publication . Reis, Emanuel; Colaço, Ana; Miguel, Carlos; Dias, Filipe; Oliveira, Jorge; Gonçalves, Luis; Rodrigues, Miguel; Gomes, Tiago; Veiga-Pires, C.Centro Ciência Viva do Algarve (CCVAlg) is an Interactive Science Museum located in southern Portugal, which mission is to promote scientific and technological culture among the population and especially the youth community. Besides the interactive modules in the permanent exhibition, we design and deploy a wide range of science activities inside and outside our facilities. However, as we are nowadays facing a society (and a science environment) more and more “digital”, the use of technological tools and channels to carry out this mission cannot be ignored, otherwise it will give a biased and obsolete view of today´s reality regarding the techniques and methodologies that the XXI century scientific community uses. On this basis, CCVAlg´s strategy for the last couple of years has been to try to overcome such technological gap introducing and developing new methodologies for our activities. Having this in mind, we approached a Portuguese hardware manufacturer and achieved to forge a partnership that granted 10 detachable tablets with several specific sensors and add-ons that allowed us to design new and innovative outreach activities. The integration of the received devices into the Center´s educational offer allowed us to diversify the pedagogical offer and involve cerca 3300 participants in the new activities. This type of collaboration reinforce the fact that Science museums should play a key role as strategic partners in the implementation of Information and Communication Technologies (ITC) pilot projects.
- RNA-SEQ applied to the peacock blenny Salaria pavo: unveiling the gene networks and signalling pathways behind phenotypic plasticity in a littoral fishPublication . Cardoso, Sara de Jesus Dias; Canário, Adelino V. M.; Oliveira, Rui Filipe Nunes Pais dePhenotypic plasticity is the ability of an individual genome to produce different phenotypes depending on environmental cues. These plastic responses rely on diverse genomic mechanisms and allow an organism to maximize its fitness in a variety of social and physical settings. The development of next-generation sequencing (NGS) technologies, especially RNA Sequencing (RNA-Seq), has made it possible to investigate the distinct patterns of gene expression known to be underlying plastic phenotypes in species with ecological interest. In teleost fishes, changes in phenotypes is often observed during the reproductive season, with shifts and adjustments in dominance status that can lead to the co-existence of multiple reproductive morphs within the same population. One such example is the peacock blenny Salaria pavo (Risso, 1810), a species where the intensity of mating competition varies among populations due to nest-site availability, such that two different levels of plasticity arise: 1) intraspecific variation in reproductive behaviour for males that can follow either of two developmental pathways, grow directly into nest-holder males, or behave first as female mimics to sneak fertilizations (sneaker males) and later transition into nest-holder males, and 2) inter-population variation in courting roles of females and nest-holder males. This system provides the ideal basis to apply RNA-Seq methods to study plasticity since differences in reproductive traits within and among populations can reveal which genetic and genomic mechanisms underpin the observed variation in behavioural response to changes in the social environment. However, the genomic information available for this species was scarce, and hence multiple sequencing techniques were used and the methodologies applied optimized throughout the work. In this thesis, we start by first obtaining a de novo transcriptome assembly to develop the first genetic markers for this species (Chapter 2). These microsatellites were used to elucidate the reproductive success (i.e. consisting of mating success and fertilization success) of male ARTs, which can be used as a proxy of Darwinian fitness (Chapter 3). In this study, we detected a fertilization success for nestholder males of 95%, and showed a stronger influence of the social environment rather than morphological variables in the proportion of lost fertilizations by nest-holder males of this species. Taking advantage of the developed transcriptome, we used highthroughput sequencing to obtain expression profiles for male morphs (i.e. intraspecific variation) and females in this species, and focus on the role of differential gene expression in the evolution of sequential alternative reproductive tactics (ARTs) that involve the expression of both male and female traits (Chapter 4). Additionally, we show how the distinct behavioural repertoires are facilitated by distinct neurogenomic states, which discriminate not only sex but also male morphs. Lastly, using two different target tissues, gonads and forebrain, we focus on the genomic regulation of sex roles in courtship behaviour between females and males from two populations under different selective regimes (inter-population variation), the Portuguese coastal population with reversed sex roles and the rocky Italian population with ‘conventional’ sex roles (Chapter 5). Here we demonstrate that variation in gene expression at the brain level segregates individuals by population rather than by sex, indicating that plasticity in behaviour across populations drives variation in neurogenomic expression. On the other hand, at the gonad level, variation in gene expression segregates individuals by sex and then by population, indicating that sexual selection is also acting at the intrasexual level, particularly in nestholder males by paralleling differences in gonadal investment. However, the genomic mechanisms underlying courtship behaviour were not fully elucidated, and more studies are necessary.