Orientador: Marcelo Menossi Teixeira, Aluisio de Souza Pinheiro / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-08T01:46:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Duarte_RodrigoDrummondCouto_D.pdf: 10481872 bytes, checksum: b2571c6b4e34ab56accd3eade31da7dd (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Arranjos de DNA são uma poderosa técnica de monitoramento da expressão gênica em larga escala. No entanto, a grande quantidade de dados gerados com esse tipo de experimento requer um tratamento estatístico adequado às suas características. Uma aplicação importante dos arranjos de DNA é a identificação de genes diferencialmente expressos em diferentes amostras de RNA. Essa seleção demanda testes estatísticos apurados, capazes de distinguir, entre o grande número de genes usualmente presentes nos arranjos, aqueles cuja expressão é significativamente diferenciada. Neste trabalho nós desenvolvemos algoritmos para a análise estatística dos dados provenientes de arranjos de DNA, eficientes em lidar com os problemas usuais nesse tipo de dados, como o número limitado de réplicas. Aplicados a dados simulados, os algoritmos desenvolvidos mostraram-se competitivos com outros métodos de análises descritos na literatura, superando-os em algumas situações. A aplicação desses algoritmos foi também demonstrada em um experimento voltado à identificação de genes de cana-deaçúcar diferencialmente expressos em resposta a deficiência de fosfato. O fósforo é um macronutriente essencial, captado pelas plantas principalmente na forma de fosfato inorgânico (Pi). A deficiência de fosfato é freqüente na natureza, especialmente nos solos ácidos das regiões tropicais e subtropicais. Devido a grande importância econômica da cana-de-açúcar, a identificação de genes diferencialmente expressos em resposta à deficiência de fosfato nesta espécie é de grande interesse científico e agronômico. Algoritmos de agrupamento foram também aplicados aos dados de expressão obtidos no experimento, identificando padrões de expressão gênica nos diferentes estágios da resposta da cana a esse estresse e proporcionando assim uma caracterização adicional da mesma. Futuramente, os resultados desse trabalho podem conduzir ao desenvolvimento de linhagens de cana-de-açúcar com melhor desempenho em solos pobres de fosfato, o que seria de extremo interesse agronômico / Abstract: DNA arrays are a powerful technique for monitoring gene expression in large scale. However, the great amount of data generated by this kind of experiment requires a statistical treatment adequate to its characteristics. An important application of DNA arrays is the identification of differentially expressed genes in different RNA samples. This selection demands refined statistical tests, able of distinguish among the great number of genes usually present in the arrays those which expression is significantly different. In this work, we have developed algorithms for the analysis of DNA array data, efficient in handling the usual problems in this kind of data, as the limited number of replicates. When applied to data simulations the developed algorithms showed to be competitive with other methods of analysis described in the literature and widely used, overperforming them in some situations. The application of these algorithms was also demonstrated in an experiment devoted to the identification of sugarcane genes differentially expressed in response to phosphate deficiency. Phosphorous is an essential macronutrient, absorbed by plants mostly in the form of inorganic phosphate (Pi). The phosphate deficiency is frequent in the nature, especially in the acid soils of tropical and subtropical areas. Because of the great economical importance of sugarcane, the identification of genes that are differentially expressed in response to phosphate deficiency in this species is of great scientific and agronomic interest. Clustering algorithms were also applied to the expression data obtained in the experiment, identifying patterns of gene expression in the different stages of the sugarcane response to the stress, thus providing an additional characterization of it. In the future, the results of this work can lead to the development of sugarcane cultivars that have better performance in phosphate deficient soils, what would be of great agronomic interest / Doutorado / Bioinformatica / Doutor em Genetica e Biologia Molecular

Orientadores: Marcelo Menossi Teixeira, Eugenio Cesar Ulian / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-09T08:36:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Camargo_SandraRodriguesde_D.pdf: 3039020 bytes, checksum: 14d2f6b74500161c7e839b7d6776dd47 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A cana-de-açúcar é uma cultura de grande importância social e econômica para o Brasil. Além da produção de açúcar, que coloca o país como o maior produtor mundial, a cana-de-açúcar tem alcançado grande destaque na produção de energia renovável e pouco poluente, o etanol. Devido ao rápido crescimento das áreas cultivadas e do aumento no número de indústrias processadoras da cana-de-açúcar, milhares de novos empregos têm sido gerados no Brasil. Por se tratar de uma cultura tão importante para a sociedade e economia brasileira, a cana-de-açúcar vem ganhando cada vez mais destaque e atenção das instituições de pesquisa públicas e privadas. Grande parte da pesquisa e experimentação desenvolvida atualmente para esta cultura visa o desenvolvimento de variedades mais adaptadas às condições edafoclimáticas do Brasil e mais resistentes e tolerantes contra pragas e doenças. Outro importante campo de estudo que tem sido bastante focado no momento é a compreensão dos mecanismos bioquímicos da síntese de sacarose com a finalidade de aumentar a produção deste açúcar e conseqüentemente de etanol. O desenvolvimento de um sistema genético capaz de modificar o metabolismo da planta, através de um estímulo artificial, pode ser muito útil no aumento da produtividade e qualidade ou na redução dos custos envolvidos com a produção de cana-de-açúcar. Esta tecnologia poderá contribuir significativamente para um avanço ainda maior da cana-de açúcar no país. A partir desta premissa, o presente estudo buscou identificar e caracterizar um sistema de indução de expressão gênica disparado pela aplicação externa de etanol em folhas de cana-de-açúcar. Para isso, fazendo uso da técnica de macroarranjos de cDNA, analisamos a expressão gênica de 3.575 ESTs, isolados de folhas de cana-de-açúcar, em resposta a aplicação de etanol. Setenta ESTs apresentaram padrão de expressão alterado pelo etanol. Dentre estes, foram identificados ESTs que codificavam para proteínas relacionadas ao processo de transcrição e tradução e estresse abiótico. Muitos genes cuja função ainda permanece desconhecida também foram identificados nesta análise. Dos 70 ESTs identificados, 48 tiveram expressão induzida pela aplicação de etanol. A partir dos ESTs selecionados como induzidos pelo tratamento com etanol, foi possível selecionar o gene ERD (early responsive dehydration) como candidato para identificação e caracterização da sua seqüência promotora. O EST do gene ERD apresentou um perfil de expressão interessante, com expressão basal baixa durante os tratamentos controle e indução da expressão após a primeira hora de tratamento com etanol. Estudos realizados com várias espécies de plantas demonstram que o sistema alc é um sistema eficiente de expressão gênica baseado na indução por etanol. A partir desta informação, desenvolvemos um vetor de expressão contendo o promotor alcA regulando a expressão do gene repórter da ß-glucuronidase e em seqüência, o promotor constitutivo Ubi-1 de milho controlando a expressão do gene alcR, um fator de transcrição indispensável para a ativação do sistema. Posteriormente, esta construção foi utilizada para transformação genética de plantas de cana-de-açúcar que no momento estão sendo selecionadas e analisadas quanto a introgressão estável do cassete gênico. Outra etapa do presente estudo foi realizada com o gene SsNAC23, já descrito como induzido por estresse de frio, estresse hídrico e herbivoria. Neste trabalho foi demonstrado que SsNAC23 também é induzido pela aplicação de etanol nas folhas de cana-de- açúcar logo após uma hora de exposição ao agente indutor. Concluindo, os resultados obtidos neste trabalho contribuem para elucidar questões importantes do processo de regulação da expressão gênica induzida por etanol, além da validação de um processo útil para aplicação na agricultura. A partir dos dados gerados nas análises de macroarranjos de cDNA foi possível ainda, validar um novo método de quantificação do erro estatístico resultante das análises realizadas no programa SOM (Self Organizing Maps) / Abstract: The sugarcane is a very important crop in Brazil, the biggest producer of the World. Besides sugar, the sugarcane is also used to produce ethanol, a very important renewable source of energy in Brazil. Nowadays this crop is responsible for generation of thousands of job positions directly and indirectly linked to the sugar and ethanol industry and market. Since the sugarcane is getting an important role in the Brazil economy, Brazilians researchers are focusing a lot of work in this crop to breed new varieties with improved traits and better adaptation to stressing environmental, such as cold, poor and acid soils, and attack of pests and diseases. Other important field of study is the improvement of sucrose content to increase the efficiency of ethanol production. The development of a genetic system triggered by an external stimulus and able to modify the plant metabolism may be very useful to improve productivity and quality, besides the cost reduction of sugarcane production. This technology might permit Brazil to increase the expansion of this crop without degrading the environmental. Therefore, the aim of this work was the identification of an efficient system of gene expression induced by ethanol. The technique of cDNA array was used to check the expression of 3,575 ESTs isolated from sugarcane leaves previously treated with ethanol. Seventy ESTs showed expression profile altered by ethanol. Among these ESTs with altered expression we have identified sequences encoding proteins involved with transcription and translation and genes previously reported as responsive to abiotic and biotic stresses. Forty eight of the 70 ESTs with altered expression were up-regulated by ethanol. The SsNAC23, a gene induced by cold, dry and insect attack, was also responsive to ethanol in this study. The expression of SsNAC23 in sugarcane leaves was increased after one hour of exposition to ethanol. The expression analysis of genes induced by ethanol in arrays filters allowed us select a candidate gene whose promoter region will be identified and studied. The gene chosen was the ERD, Early Responsive to Dehydration, whose expression profile was the absence of expression under control treatment and high induction after one hour of ethanol application. Previous works have showed that the genetic system based in ethanol induction, also known as alc system, can be very useful in crops. This system was tested in several plant species and the results were very promising. Therefore, one of the goals of this work was the production of genetic altered sugarcane plants with the alc system. For that, we have developed an expression cassette using the alcA promoter regulating the expression of the ß -glucuronidase, used as a reporter gene, and the constitutive promoter Ubi-1 from maize controlling the expression of the gene alcR, a transcriptor factor essential to ctivation of the alc system. The transformed sugarcanes are being analysed and selected to construct introgression. The results obtained in this work will contribute to understanding of gene expression regulation using an external and chemical inductor as well as provide new insights to the development of new approaches of gene expression control in sugarcane. Besides that, the array data was also used to validate a new statistical method of error estimation by using the SOM software / Doutorado / Genetica Vegetal e Melhoramento / Doutor em Genetica e Biologia Molecular

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:06:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissEFS.pdf: 1135537 bytes, checksum: b92ac0d09924bd51723ad77018da04de (MD5) Previous issue date: 2006-02-23 / Financiadora de Estudos e Projetos / The technology of the DNA-Arrays is a tool used to identify and to compare levels of expression of a great number of genes or fragments of genes, in di¤erent conditions. With this comparison, it is possible to identify genes possibly causing illnesses of genetic origin (cancer for example). Great amounts of numerical data (related the measures of levels of expression of the genes) are generated and statistical methods are important for analysis of this data with objective to identify the genes that present evidences for di¤erent levels of expression. The objective of our research is to develop and to describe methods statistical, capable of identifing genes that present evidences for di¤erent levels of expression. We describe the test t, considered for Baldi and Long (2001) and consider three others methods. The first method considered is based on the use of parametric Bayes inference and the methods for selection of models, Bayes factor and DIC; the second method is based an semi-parametric bayesian inference, model of mixtures of Dirichlet processes. The third method is based on the use of a model with infinite mixtures of distributions that applied the analysis of the genica expression determines groups of similar levels of expression. / A tecnologia dos arranjos de DNA (DNA-array) é uma ferramenta utilizada para identificar e comparar níveis de expressão de um grande número de genes ou fragmentos de genes simultaneamente, em condições diferentes. Com esta comparação, é possível determinar possíveis genes causadores de doenças de origem genética (por exemplo, o câncer). Nestes experimentos, grandes quantidades de dados numéricos (relacionados às medidas de níveis de expressão dos genes) são gerados e métodos estatísticos são im- portantes para análise dos dados, com objetivo de identificar os genes que apresentam evidências para níveis de expressão diferentes. O objetivo de nossa pesquisa é comparar o desempenho e desenvolver métodos estatísticos, capazes de identificar genes que apresentam evidências para níveis de expressão diferentes, quando comparamos situações de interesse (tratamentos) com uma situação de controle. Para isto, descrevemos o teste t, proposto por Baldi e Long (2001) e propomos três métodos para identificar genes com evidências para níveis de expressão diferentes. O primeiro método proposto é baseado na utilização da inferência bayesiana paramétrica e dos métodos de seleção de modelos, fator de Bayes e DIC; o segundo método é baseado na inferência bayesiana semi-paramétrica conhecida como modelo de misturas de processos Dirichlet; e o terceiro método é baseado na utilização de um modelo com mistura infinita de distribuições, que aplicado à análise da expressão gênica determina grupos de níveis de expressão gênica similares, baseados nos efeitos de tratamento.

Orientador: Ricardo Barini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Ciências Médicas / Made available in DSpace on 2018-08-16T03:43:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Machado_IsabelaNelly_D.pdf: 3476920 bytes, checksum: d5a5716fb5a528c323d17a22ef6c28d0 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Introdução: Para uma parcela significativa de fetos com defeitos congênitos o diagnóstico sindrômico permanece indefinido, dificultando a abordagem perinatal, o estabelecimento de prognóstico e o aconselhamento genético. A incapacidade de detecção de pequenas instabilidades genômicas, atualmente apontadas como provável fator causal nestas condições dismórficas, é a principal limitação do estudo cromossômico microscópico pelo bandamento G (cariótipo convencional). A hibridização genômica comparativa (comparative genomic hybridization-CGH) é capaz de identificar perdas e ganhos de material genômico com alta resolução, sem envolver o cultivo celular e o conhecimento prévio da região genômica envolvida. Objetivo: Avaliar a aplicabilidade da técnica de array CGH em sangue fetal para o diagnóstico de perdas e ganhos genômicos em um grupo de fetos dismórficos. Sujeitos/Método: Foi realizado um estudo prospectivo descritivo a partir de amostras sanguíneas de fetos dismórficos e com cromossomos numericamente normais ao bandamento G, admitidos no Setor de Medicina Fetal do Centro de Atenção Integral à Saúde da Mulher (CAISM) da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp). Foi realizada a caracterização da amostra estudada e uma análise descritiva dos achados moleculares através da técnica de array CGH. Resultados: Foram incluídos no estudo 50 fetos, dos quais 49 preencheram os critérios de qualidade da técnica. A taxa de detecção de alterações cromossômicas pela técnica de array CGH não detectadas pelo cariótipo convencional foi de 93,7% (45 fetos), e 27% foram consideradas significativas dos pontos de vista citogenético e clínico. Entre os fetos com alterações do número de cópias, 87% apresentaram pelo menos um clone para o qual já estão descritas variações do número de cópias (CNV) em indivíduos fenotipicamente normais. Adicionalmente, a técnica mostrou-se eficaz para o esclarecimento diagnóstico da origem, exata localização e dimensionamento do material adicional encontrado em um feto com anomalia cromossômica estrutural. Conclusões: A caracterização do perfil genômico por array CGH de fetos com defeitos congênitos permitiu complementar o diagnóstico citogenético convencional, aumentando a definição diagnóstica e a identificação de regiões cromossômicas associadas a algumas anomalias congênitas / Abstract: Introduction: A great number of fetuses with congenital defects remain without definitive diagnosis, making difficult the perinatal management, the prognosis establishment and the genetic counseling. The incapacity of detection of short sequence copy number changes, pointed as a probable etiology factor for some congenital defects, is the main limitation of routine G-banding. The Comparative Genomic Hybridization (CGH) overcome this limitation, and also does not require cellular culture or prior knowledge of the involved genomic region. Objective: To evaluate the applicability of the CGH method on fetal material for genomic gains and losses in a group of malformed fetuses. Methods: On a prospective descriptive study, fetal blood samples were collected from malformed fetuses with numerically normal chromosomes at G-banded karyotype, at the Fetal Medicine Unit of the Centro de Atenção Integral à Saúde da Mulher (CAISM) of the Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Sample characterization and a descriptive analysis of the CGH-based technique results were accomplished. Results: Fifty fetuses were included in this study and 49 were considered optimal according to adopted quality control criteria. The detection rate of fetuses with copy number imbalances not detected by the G-banded karyotype was 93.7% (45 fetuses), with 27% of cytogenetic and clinical significance. Among fetuses with copy number imbalances, 87% presented at least one abnormal clone encompassing CNVs described for phenotipically normal individuals. Additionally, the array CGH showed to be effective for the identification of the additional genetic material origin, with its precise location and size, presented in one fetus with structural chromosomal anomaly. Conclusions: The genomic profile characterization of malformed fetuses through array CGH allowed complementing the conventional cytogenetic diagnosis, obtaining a higher precise diagnosis and the identification of chromosomal regions associated with some congenital anomalies / Doutorado / Tocoginecologia / Doutor em Tocoginecologia

Orientador: Peter Alexander Bleinroth Schulz / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-21T19:08:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PaezGonzalez_CarlosJose_D.pdf: 7933355 bytes, checksum: 4672530a8e7ce7ec7622f32c76e28c83 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Neste trabalho analisamos as propriedades eletrônicas e de transporte de estruturas finitas de DNA por meio de métodos heurísticos. Examinamos inicialmente o comprimento de localização e número de participação como uma função do tamanho do sistema, da dependência da energia, da concentração dos nucleotídeos e do acoplamento entre os contatos e a molécula de DNA. Para tal finalidade usamos uma aproximação tight-binding efetiva que inclui a estrutura molecular. Nós também calculamos numericamente a corrente elétrica através de três tipos de sequências de DNA (telomérica, ?-DNA e p53-DNA), bem como através de padrões rede quadrada (auto-arranjo) construídos a partir de diferentes sequências de DNA. O cálculo da corrente é realizado através da integração da função de transmissão ao longo da gama de energias permitidas pelos potenciais químicos. O transporte de elétrons através de fios curtos de DNA de cadeia dupla, em que os elétrons estão fortemente acoplados aos modos vibracionais específicos do DNA foi também investigado. Dentro os principais resultados, mostramos que uma estrutura de DNA telomérico, quando tratada no regime totalmente coerente e a baixa temperatura, funciona como um excelente semicondutor. Platôs são claramente identificados nas curvas de corrente-Voltagem de estruturas teloméricas e estão presentes independentemente de tamanhos e da inicialização na sequência nos contatos. Nós também descobrimos que o acoplamento eletrodo-molécula pode influenciar drasticamente a magnitude da corrente. O conjunto de resultados permitem uma avaliação comparativa para investigações experimentais no sentido de possíveis aplicações na nanoeletrônica, bem como no escrutínio da grande diversidade de descobertas experimentais anteriores sobre propriedades de transporte em fitas de DNA / Abstract: This work is concerned with the electronic and transport properties of finite structures of DNA investigated by means of heuristic methods. We initially examined the localization length and participation number as a function of system size, energy dependence, concentration of nucleotides and the contact coupling between the leads and the DNA molecule. For such purpose we use an effective tight-binding approach including the molecular backbone. We also numerically calculated the electric current through three kinds of DNA sequences (telomeric, ? -DNA, and p53-DNA), as well as through two dimensional square lattice patterns (self-assembly) build from different DNA sequences. The calculation of current is performed by integrating the transmission function over the range of energies allowed by the chemical potentials. The electron transport through short double-stranded DNA wires, in which the electrons are strongly coupled to the specific vibrational modes of the DNA was also investigated. Within the main findings, we show that a telomeric DNA structure, when treated in the fully coherent low-temperature regime, works as an excellent semiconductor. Clear steps are apparent in the current-voltage curves of telomeric structures and are present independent of sizes and sequence initialization at the contacts. We also find that the molecule-electrode coupling can drastically influence the magnitude of the current. The set of results enable a benchmarking for experimental investigations towards possible nanoelectronic applications, as well as scrutiny of the large diversity in previous experimental findings concerning transport properties of DNA strands / Doutorado / Física / Doutor em Ciências