Chapter 1 of this dissertation brings a discussion about the current state of basic and applied research on the evolution and biology of amphibians in general, and on amphibian chemical defense in particular. This introductory chapter also advocates comparative genomics as a strategy to increase our understanding of amphibian chemical defense and evolution, which is made possible thanks to high-throughput sequencing technologies but remains challenging mainly due to specific challenges of working with non-model organisms, including the lack of diverse and well-curated genomic databases. The remaining chapters are the first stepping-stones in the direction of a more extensive line of investigation that ultimately leads towards a multidisciplinary work that aims to enhance the transfer of knowledge between basic and applied research. Chapter 2 addresses the challenges in de novo assembly of mitogenomes of frogs when no reference sequence is available, and resources are limited. Chapter 3 introduces a new ad hoc mapping strategy to test the circularization of novel mitogenomes, using alignment scores and a new per-position sequence coverage value (which we named connectivity) to assess the quality of the inferred circularization. Chapter 4 address the assembly of the draft nuclear genomes of Scaphiopus holbrookii and Phyllobates terribilis, with focus on the homology-based and ab initio annotation of protein-coding genes and the proposal of new phylogenetic markers. Chapter 5 presents the de novo assembly of repetitive DNA in the nuclear genome of frogs, with new insights on the role of repeats in the variation of genome size in amphibians and new phylogenetic markers based on these genomic elements. Chapter 6 is a reply to Tarvin et al. (2016), including a review of the current knowledge about alkaloid defense in poison frogs. In combination, these chapters add to our infant but growing knowledge of amphibian genomics and chemical defense and strengthen the communication between basic research in non-model organisms and cutting-edge bioinformatic methods.

No capítulo 1 desta tese, eu reviso a literatura especializada sobre biologia de anfíbios, especialmente os estudos associados à defesa química. Eu defendo a genômica comparada como uma estratégia promissora para novas pesquisas nessa área. Esta estratégia se torna possível graças ao advento de tecnologia de sequenciamento de DNA de alta eficiência, mas enfrenta muitos desafios (e.g., falta de referências, acessibilidade a grandes centros de sequenciamento, disponibilidade de computadores e pessoal especializado) para se sedimentar e ser aproveitada por pesquisadores interessados em pesquisa de base com organismos não-modelo. Deste modo, os demais capítulos são os primeiros passos em direção a uma linha de pesquisa mais abrangente que tem como objetivo final aproximar a pesquisa de base em biologia à pesquisa aplicada em bioinformática, usando anfíbios como modelo. O capítulo 2 apresenta uma estratégia de montagem de novos genomas mitocondriais na ausência de referências e usando uma quantidade mínima de recursos. O capítulo 3 introduz uma nova ferramenta para testar a circularização destes genomas. O capítulo 4 descreve o sequenciamento, montagem, e anotação dos genomas parciais de Scaphiopus holbrookii e Phyllobates terribilis, com ênfase em novos marcadores para filogenética. O capítulo 5 trata da montagem de novo de repetições no DNA nos genomas de S. holbrookii e P. terribilis, assim como nos genomas de Melanophryniscus moreirae e Hyloxalus subpunctatus, trazendo uma discussão sobre o papel dessas repetições sobre aumento do tamanho genômico em anfíbios e seu possível uso como marcadores Hennigianos. Finalmente, usamos dados da anotação preliminar dos genomas de S. holbrookii e P. terribilis para revisar o atual estado de conhecimento sobre resistência a alcalóides em rãs-de-veneno em resposta ao artigo de Tarvin et al. (2016), o primeiro estudo a tentar demonstrar as bases genéticas da defesa química em rãs-de-veneno. Em conjunto, espero que estes capítulos sirvam somem tanto ao nosso conhecimento em genômica e defesa química de anfíbios quanto para o esforço de aproximar a pesquisa de base com organismos não-modelo das ferramentas mais avanças disponíveis em bioinformática.