The use of molecular markers to predict non-tested materials in field trials has been extensively employed in breeding programs. The genomic prediction of single crosses is a promising approach in maize breeding programs as it reduces selection cycle and permits the selection of promising crosses. Accounting for non-additive effects on genomic prediction can increase prediction accuracy of models depending on the traits genetic architecture. Genomic prediction was first developed for single environments andrecently extended to exploit the genotype by environment interactions for prediction of non-evaluated individuals. The employment of multi-environment genomic models is advantageous in several aspects and has enabled significant higher prediction accuracies than single environment models. However, only a small number of studies regarding the inclusion of non-additive effects in these models are reported. Moreover, the genotype by environment interaction complexity can largely impact the prediction accuracyof these models. Thus, the objectives were to i)evaluate the contribution of additive and non-additive (dominance and epistasis) effects for the prediction of agronomical traits with different genetic architecture in tropical maize single-crosses grown under two nitrogen regimes (ideal and stressing), and ii)verify the impact of the genotype by environment interaction complexity, and the inclusion of dominance deviations, on the prediction accuracy of hybrids grain yield using a multi-environment prediction model. For this, we used phenotypic and genotypic data of 906 single-crosses evaluated during two years, at two locations, under two nitrogen regimes, totaling eight contrasting environments (combination of year x locations x nitrogen regimes). The traits considered in the study were grain yield, ear, and plant height. The results regarding the inclusion of additive and non-additive effects (dominance and epistasis) in genomic prediction models suggest that non-additive effects play an important role instressing conditions, having a high, medium and low contribution for phenotypic expression of grain yield, plant height, and ear height, respectively. The inclusion of dominance deviations in multi-environment prediction model increases the prediction accuracy. Furthermore, a linear relationship between genotype by environment complexity and prediction accuracywas found. / O uso de marcadores moleculares para a predição do fénotipo de materiais não testados em campo tem sido amplamente utilizado em programas de melhoramento genético de plantas. A predição genômica de hibridos simples é uma ferramenta promissora no melhoramento genético do milho, pois além da redução do tempo necessário para cada ciclo de seleção, ela pode ser utilizada para a identificação de cruzamentos promissores. Dependendo da característica em estudo, a inclusão de efeitos não aditivos em modelos de predição genômica pode aumentar significativamente sua acurácia de predição. Além disso, estes modelos foram inicialmente propostos para a predição de materiais em apenas um único ambiente. Atualmente, foram expandidos para considerarem os efeitos da interação genótipos por ambiente. O uso de tais modelos têm se mostrado vantajoso em vários aspectos, um deles é o considerável aumento da acurácia de predição de novos materiais. Contudo, ainda são escassos estudos envolvendoa inclusão de efeitos não aditivos nesses modelos. Ademais, fatores como a complexidade da interação genótipo por ambiente pode influenciar de maneira significativa a acurácia preditiva de modelos considerando múltiplos ambientes. Portanto, os objetivos foram: i)avaliar a contribuição de efeitos aditivos e não aditivos (dominância e epistasia) para a predição de caracteres agronômicos com diferentes arquiteturas genéticas em cruzamentos simples de milho tropical cultivados sob dois níveis de disponibilidade de nitrogênio (ideal e estressado), e ii)verificar o impacto da complexidade da interação genótipo por ambiente, e da inclusão de desvios de dominância na acurácia de predição de modelos multi-ambientes para a predição da produtividade grãos de híbridos simples de milho. Para isto, foram utilizados os dados fenótipicos e genotípicos de 906 híbridos simples de milho avaliados durante dois anos, em dois locais, sob dois níveis de adubação nitrogenada, totalizando oito ambientes distintos (combinação ano xlocal x nivel de adubação nitrogenada). Os caracteres estudados foram produtividade de grãos, altura de espiga, e plantas. Os resultados acerca da inclusão de efeitos aditivos e não aditivos (dominancia e epistasia) sugerem que, efeitos não aditivos são mais importantes sob condições de estresse, contribuem de maneira significativa para produtividade grãos, de modo intermediário para altura de plantas e possuem pouca importância para altura de espiga. A inclusão de desvios de dominância em modelos de predição multi-ambientes aumentou de forma significativa a acurácia de predição. Além disto, observou-se uma relação linear entre complexidade da interação genótipos por ambientes e acurácia preditiva do modelo.

A pigmentação dos olhos, cabelos e pele, bem como presença ou ausência de sardas, está entre os exemplos mais visíveis da variação fenotípica humana. O estudo da diversidade genética em genes de pigmentação tem beneficiado diferentes áreas do conhecimento, como a área da genética e antropologia forense, bem como a área relacionada a saúde e bemestar. Adicionalmente, a presença de estruturas secundárias na íris tem sido reportada como importante fator na percepção de cor de olho observada que um indivíduo pode ter referente a íris e também a fatores de risco para algumas doenças oculares, ainda que as bases genéticas envolvidas nestas características sejam pouco conhecidas. Os genes OCA2 e HERC2 representam dois genes associados à variação normal da pigmentação. Este trabalho avaliou a relação de polimorfismos nas regiões regulatórias e codificantes destes dois genes com os fenótipos de pigmentação e estruturas secundárias presentes na íris encontrados em uma amostra populacional de 340 indivíduos do estado de São Paulo, por meio de sequenciamento de nova geração. Análises de regressão logística e linear para as variáveis qualitativas e quantitativas da cor dos olhos e estruturas secundárias presentes na íris foram realizadas. 170 pontos de variação ao longo das regiões estudadas foram identificados, dos quais 18 estão associadas a pelo menos um fenótipo de pigmentação e estruturas secundárias presentes na íris. Destaca-se a existência de muitos polimorfismos que não se mostrara-se associados quando avaliados independentemente, porém foram associados quando analisados sob a ótica de interações epistáticas, considerada uma possível explicação para a variabilidade encontrada nestes fenótipos, principalmente aqueles intermediários, como a cor dos olhos verdes e mel. O uso de variáveis quantitativas para os olhos revelou pela primeira vez a associação do polimorfismo não sinônimo rs201872292 no gene HERC2 com olhos claros, independente do efeito do polimorfismo rs12913832. Ainda, a associação do polimorfismo rs58358300 localizado em um íntron do gene HERC2 com pigmentação da esclera, o que representa a primeira vez que um polimorfismo é associado a esta característica. Este foi o primeiro estudo no Brasil que se propôs a analisar polimorfismos genéticos em genes candidatos à variação normal da pigmentação humana com estruturas secundárias presentes na íris. Os resultados confirmam a hipótese de que polimorfismos dos genes OCA2 e HERC2 podem contribuir para a formação dos fenótipos clássicos de pigmentação de olhos, pele, cabelos e estruturas secundárias presentes na íris humana dos indivíduos da população brasileira. / The pigmentation of the eyes, hair and skin, as well as the presence or absence of freckles, are amongst the most visible examples of human phenotypic variation. The study of genetic diversity in pigmentation genes has contributed greatly to the fields of forensics genetics, anthropological genetics and public health. In addition, the presence of iris features has been reported to influence the perception of overall iris color and also consists in risk factors for ocular diseases, although very little is known about the genetic basis of these traits. The OCA2 and HERC2 genes have been associated with normal variation of pigmentation in diverse populations. The present study evaluated the relationship of polymorphisms in the regulatory and coding regions of these two genes with the pigmentation phenotypes and iris features found in a population sample of 340 individuals from the state of São Paulo, Brazil, through next-generation sequencing. Logistic and linear regression analyzes for the qualitative and quantitative variables were performed. A total of 170 points of variation throughout the studied regions were identified, of which 18 were associated with at least one pigmentation phenotype when analyzed as qualitative and/or quantitative variables and iris features. It is worth mentioning that many associations that were not observed when evaluated independently, were indeed associated when analyzed from the perspective of epistatic effects, which is considered a possible explanation for the variability found in these phenotypes, especially those presented as intermediate, such as green and hazel eye colors. The use of quantitative variables to evaluate the eye color, acquired from photographs, revealed for the first time the association of the nonsynonymous mutation rs201872292 in the HERC2 gene with light eyes, independently of the effect of the rs12913832 polymorphism. We highlight the association of the polymorphism rs58358300 located in an intron of the HERC2 gene with sclera pigmentation, which was the first time that a polymorphism is associated with this feature. This was the first study in Brazil to analyze genetic polymorphisms in candidate genes related to normal variation of human pigmentation and iris features by next-generation sequencing. The results confirm the hypothesis that OCA2 and HERC2 genes may contribute to classic pigmentation phenotypes of eyes, skin, hair, freckles and iris features in the Brazilian population.

Os estudos de associação de genoma inteiro têm encontrado alguns marcadores associados a doenças notoriamente hereditárias com herança complexa, mas, muitas vezes, estes marcadores somente explicam uma pequena parte da herdabilidade. Este relativo insucesso é atribuído, entre outras causas, à epistasia, ou seja, interação entre diferentes locos genéticos. A busca por epistasia é complexa e exige intensos recursos computacionais. Diversos métodos têm sido propostos para abordar este problema, incluindo métodos estatísticos tradicionais, busca estocástica e métodos heurísticos. Poucos destes métodos são capazes de processar as grandes massas de dados produzidas nos estudos caso-controle de genoma inteiro, e ainda menos métodos buscam conjuntos de três ou mais marcadores. A busca exaustiva de conjuntos de marcadores epistáticos é inviável hoje em dia para estes conjuntos, mas o algoritmo BOOST (WAN et al., 2010) mostrou que ela é relativamente fácil para pares de locos, em especial com o uso de placas gráficas como processadores (GPGPU). Partindo deste recente sucesso, propomos um algoritmo em fases para a busca de trios de locos que interagem, utilizando a busca de pares como passo inicial, uma abordagem ainda não utilizada. Outra ideia fundamental do algoritmo proposto é a extensão da concepção de trio de marcadores para um trio de blocos haplotípicos, onde cada bloco é formado por marcadores próximos entre si. Usando os dados do WTCCC, o Troost (de TRio+bOOST) sugeriu trios potencialmente epistáticos em todas a sete doenças. Quando submetidos à confirmação em amostra independente, os trios não puderam ser confirmados, exceto os trios para diabetes tipo 1 (T1D). Duzentos e oito trios foram confirmados para T1D, com baixos valores-P e genótipos combinados de risco com altas razões de chances. Os SNPs que compõem estes trios estão todos na região MHC, sabidamente associada à doença, exceto por um deles que está no cromossomo cinco e não havia sido previamente relacionado à T1D. / Genome-wide association studies have found some markers associated with diseases with complex inheritance. However, these markers explain only a fraction of the previously estimated heritability of the trait. This relative failure has been credited, among other causes, to epistasis, i.e. the interaction among genotypes at different loci. The search for epistasis is complex and requires intense computational resources. Many methods have been proposed to approach this problem, including traditional statistics, stochastic search, and heuristic methods. Few of them are capable of extracting, from the large amount of data produced in genome-wide case-control studies, useful information about sets of markers associated with the trait in question. Exhaustive search of sets of interacting markers is unfeasible nowadays for sets of three or more markers, but the BOOST algorithm (WAN et al., 2010) showed that the search is relatively easy for pairs of SNPs, in particular with the use of graphic cards for general processing (GPGPU). Starting from this recent success, we propose an algorithm in phases for the search for trios of interacting loci, using the search for pairs as the initial step, an approach not tried yet, to our knowledge. Another important idea of our algorithm is the extension of the concept of trio of markers to a trio of haplotypic blocks, where each block is formed by neighbor markers. Using data from WTCCC, the Troost (from TRio+bOOST) algorithm suggested potentially epistatic trios in all seven diseases. When submitted to a confirmation in an independent sample, the results could not be confirmed, except for type-1 diabetes (T1D). Two hundred eight trios were confirmed for T1D, with low p-values and risk combined genotypes with high odds ratio. The SNPs that form those trios are all in the MHC region, which is known to be strongly associated to T1D, except by one SNP in chromosome five that has not been previously associated with T1D.

Os estudos de associação de genoma inteiro têm encontrado alguns marcadores associados a doenças notoriamente hereditárias com herança complexa, mas, muitas vezes, estes marcadores somente explicam uma pequena parte da herdabilidade. Este relativo insucesso é atribuído, entre outras causas, à epistasia, ou seja, interação entre diferentes locos genéticos. A busca por epistasia é complexa e exige intensos recursos computacionais. Diversos métodos têm sido propostos para abordar este problema, incluindo métodos estatísticos tradicionais, busca estocástica e métodos heurísticos. Poucos destes métodos são capazes de processar as grandes massas de dados produzidas nos estudos caso-controle de genoma inteiro, e ainda menos métodos buscam conjuntos de três ou mais marcadores. A busca exaustiva de conjuntos de marcadores epistáticos é inviável hoje em dia para estes conjuntos, mas o algoritmo BOOST (WAN et al., 2010) mostrou que ela é relativamente fácil para pares de locos, em especial com o uso de placas gráficas como processadores (GPGPU). Partindo deste recente sucesso, propomos um algoritmo em fases para a busca de trios de locos que interagem, utilizando a busca de pares como passo inicial, uma abordagem ainda não utilizada. Outra ideia fundamental do algoritmo proposto é a extensão da concepção de trio de marcadores para um trio de blocos haplotípicos, onde cada bloco é formado por marcadores próximos entre si. Usando os dados do WTCCC, o Troost (de TRio+bOOST) sugeriu trios potencialmente epistáticos em todas a sete doenças. Quando submetidos à confirmação em amostra independente, os trios não puderam ser confirmados, exceto os trios para diabetes tipo 1 (T1D). Duzentos e oito trios foram confirmados para T1D, com baixos valores-P e genótipos combinados de risco com altas razões de chances. Os SNPs que compõem estes trios estão todos na região MHC, sabidamente associada à doença, exceto por um deles que está no cromossomo cinco e não havia sido previamente relacionado à T1D. / Genome-wide association studies have found some markers associated with diseases with complex inheritance. However, these markers explain only a fraction of the previously estimated heritability of the trait. This relative failure has been credited, among other causes, to epistasis, i.e. the interaction among genotypes at different loci. The search for epistasis is complex and requires intense computational resources. Many methods have been proposed to approach this problem, including traditional statistics, stochastic search, and heuristic methods. Few of them are capable of extracting, from the large amount of data produced in genome-wide case-control studies, useful information about sets of markers associated with the trait in question. Exhaustive search of sets of interacting markers is unfeasible nowadays for sets of three or more markers, but the BOOST algorithm (WAN et al., 2010) showed that the search is relatively easy for pairs of SNPs, in particular with the use of graphic cards for general processing (GPGPU). Starting from this recent success, we propose an algorithm in phases for the search for trios of interacting loci, using the search for pairs as the initial step, an approach not tried yet, to our knowledge. Another important idea of our algorithm is the extension of the concept of trio of markers to a trio of haplotypic blocks, where each block is formed by neighbor markers. Using data from WTCCC, the Troost (from TRio+bOOST) algorithm suggested potentially epistatic trios in all seven diseases. When submitted to a confirmation in an independent sample, the results could not be confirmed, except for type-1 diabetes (T1D). Two hundred eight trios were confirmed for T1D, with low p-values and risk combined genotypes with high odds ratio. The SNPs that form those trios are all in the MHC region, which is known to be strongly associated to T1D, except by one SNP in chromosome five that has not been previously associated with T1D.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The objective of this study was to estimate the genetic effects that affect the pre and post weaning performances of animals, products from Aberdeen Angus (A) and Nellore (N) breeds crosses. In Article 1, there were used the weaning weights (PD) to test five genetic models (M). The M1, complete, containing the fix breed genetic effects direct additive (AD) and maternal (AM), the heterozygote effects direct (HD) and maternal (HM), the epystatic effects direct (HD) and maternal (HM) and joint additive effects direct (ACD) and maternal (ACM); M2, was equal to M1, excluding ACD and ACM effects; M3, was equal to M1, excluding ED and EM effects; M4, was equal M1, excluding ED, EM, ACD and ACM effects, and M5, was equal M1, excluding HD, HM, ED, EM, ACD and ACM effects. The models were submitted to three different analysis methods: Least Square Means method (MQM), Ridge Regression Method (RC) and Restricted Maximum Likelihood Method (REML). The different tests used to check the methodologies efficiency and to compare the models allowed to conclude, for this population, that: the dominant additive models usually used for genetic evaluations, do not give a good description of the pre weaning variations, being necessary to add the heterozygote and epystatic effects; the joint additive effects do not improve substantially the adjustment of the analysis model and the heterozygote effects were efficient to represent a quadratic breed additive effect, beyond of to insert a bias related to the joint additive effects co linearity. In Article 2, there were used the weight at yearling (PS) to test five genetic models as previously described, only excluding the maternal effects. The models were submitted to three different analysis methods: MQM, RC and REML. The RC method estimate coefficients with magnitude and sign with biological explanations. The estimative obtained were different from one to the other model, indicating the importance of to choose the adequate model to perform one analysis. It is necessary to decide based on a previous knowledge of the studied phenomenon, it biological interpretation, and the relationship between the independent variables. It was important to include the effects caused by heterozygosis and epystasis in the model besides the additive effect. The mathematic notation nowadays used for the joint additive effects, and tested in this study, were not able to explain the between breed complementarily, as was expected, because of the multi co linearity between the effects studied. / Este estudo teve como objetivo estimar os efeitos genéticos que influenciam o desempenho pré e pós-desmama de animais produtos de cruzamentos entre as raças Aberdeen Angus (A) e Nelore (N). No artigo 1, foram utilizados os pesos a desmama (PD) para testar cinco modelos (M) genéticos diferentes. O M1, contendo os efeitos genéticos de raça fixos aditivos diretos (AD) e maternos (AM), heterozigóticos diretos (HD) e maternos (HM), epistáticos diretos (ED) e maternos (EM) e aditivos conjuntos diretos (ACD) e maternos (ACM); o M2, igual ao M1, menos os efeitos ACD e ACM; o M3, igual ao M1, menos os efeitos ED e EM; o M4, igual ao M1, menos os efeitos ED, EM, ACD e ACM e o M5, igual ao M1, menos os efeitos HD, HM, ED, EM, ACD e ACM. Os modelos foram submetidos a três métodos de análise diferentes: Método dos Quadrados Mínimos (MQM), Regressão de Cumeeira (RC) e Máxima Verossimilhança Restrita (REML). Os diferentes testes usados para avaliar a eficiência das metodologias e comparar os modelos permitiram concluir, para esta população, que: os modelos aditivos dominantes, usualmente utilizados em avaliações genéticas, não descrevem adequadamente as variações que ocorrem no desempenho pré-desmama, devendo ser adicionados os efeitos heterozigóticos e epistáticos; os efeitos aditivos conjuntos não acrescentaram melhoria substancial aos ajustes promovidos pelos modelos de análise e os efeitos heterozigóticos foram suficientes para representar um efeito quadrático do efeito aditivo de raça, além da inserção de um viés desnecessário atribuído a multicolineariedade relacionada aos efeitos aditivos conjuntos. No artigo 2, foram utilizados os pesos ao sobreano (PS) para testar os cinco modelos genéticos, descritos para PD, excluindo-se apenas o efeito materno. Os modelos foram submetidos a três métodos de análise diferentes: MQM, RC e REML. O método RC forneceu estimativas de coeficientes com magnitudes e sinais explicados biologicamente. As estimativas dos efeitos, (co)variâncias, parâmetros e valores genéticos diferiram entre os modelos, indicando a importância da correta escolha do modelo de análise, devendo-se ter conhecimento prévio do fenômeno estudado, sua interpretação biológica, e sempre preceder à escolha de um modelo de análise genética multirracial o estudo da relação existente entre as variáveis independentes. Importantes efeitos adicionais ao efeito aditivo foram acrescentados pelas inclusões dos efeitos heterozigóticos e epistáticos aos modelos de análise. A notação matemática dos efeitos aditivoconjuntos, aplicada atualmente na literatura, e testada neste estudo, não foram capazes de explicar a complementariedade entre raças como esperado, havendo problemas com casos de multicolineariedade entre os efeitos estudados.

Submitted by (ana.araujo@ufrpe.br) on 2016-07-05T14:12:49Z No. of bitstreams: 1 Elias Dias Coelho Neto.pdf: 2570519 bytes, checksum: 45c9ec25f4446657c86b65924c054a2d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-05T14:12:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Elias Dias Coelho Neto.pdf: 2570519 bytes, checksum: 45c9ec25f4446657c86b65924c054a2d (MD5) Previous issue date: 2012-12-20 / The rate at which species accumulate with increased sample size - the species-area relationship - is one of the most basic and fundamental problem in biogeography. This relationship has profound significance in understanding the generation and maintenance of biodiversity in an ecosystem. In this sense, this thesis introduces two models of community dynamics within two different frameworks: The first investigate the spatial patterns of species distribution in fragmented landscapes within the framework of the neutral theory. In the second approach the spatial patterns of species distribution on the genetic variability is studied under the assumption that natural selection has a prominent role in driving the evolution of such populations. Additionally, the model assumes that the environment is heterogeneous, such that the strength of natural selection depends on the localization of the species in the lattice. Our results for the neutral community model show that fragmentation has an important influence in shaping the specie-area relationship. In particular, the level of fragmentation than changes the size of the area interval when the species-area relation is well described by a power-law, S ∼ Az. We also investigate the biodiversity on the percolating cluster. In the non-neutral model our simulation results demonstrate that the level of heterogeneity of the environment affects the shape of the genetic-area relationships. But it is possible to recover the triphasic scenario for low and intermediate level of heterogeneity. / A taxa com que as espécies acumulam com o crescimento da área de amostragem - a relação espécie-área - é um dos problemas mais básicos e fundamentais em biogeografia. Esta relação tem significado profundo na compreensão da geração e manutenção da biodiversidade no ambiente. Nesse sentido, nesta tese introduzimos dois modelos para populações de organismos que interagem em ambiente finito e saturado: O primeiro para populações que sofrem variação em suas abundâncias de forma nula - modelo neutro; o segundo, as populações estão sob seleção natural e variabilidade genética - modelo não neutro. Em ambas as abordagens, para caracterizarmos a relação espécie-área, realizamos simulações computacionais para gerar diversidade de espécies em comunidades em equilíbrio. Na abordagem neutra utilizamos o método da coalescência na versão estendida a habitats fragmentados. Enquanto que na abordagem com seleção natural utilizamos o modelo NK para o ambiente com níveis de heterogeneidade entre habitats controlados pelo parâmetro λ . Nossos resultados para comunidade neutra mostram que o aumento da fragmentação do habitat influência o padrão da curva espécie-área, principalmente em áreas pequenas e intermediárias, aonde ocorre o encurtamento do comprimento do intervalo de áreas em que o regime de lei de potências é verificado. Nós notamos também que um pequeno valor da taxa de especiação ν , o expoente z da relação espécie-área se eleva com o crescimento da fragmentação. Por outro lado, quando pressão de seleção é considerada, o parâmetro de correlação λ também exerce uma importante influência sobre a formação do tamanho do regime intermediário da relação espécie-área, que decresce com o aumento do nível de correlação entre habitats. Quanto maior for a epistasia, mais pronunciado é esse efeito.

O uso da cocaína e do crack tornou-se um problema de saúde pública importante no Brasil por conta de prejuízos significativos do ponto de vista médico, psicológico e social que ele acarreta. Estudos de gêmeos e, em famílias, sugerem que a dependência de cocaína é uma doença complexa, com participação importante de fatores genéticos. Os estudos genéticos sobre usuários de cocaína são poucos e padecem de problemas metodológicos, tais como, amostras pequenas, com alto grau de miscigenação populacional e um número limitado de marcadores genéticos pesquisados. Além disto, há pouco sendo feito no sentido de verificar como os genes já associados à dependência de cocaína interagem entre si, ou seja, de investigações sobre a epistasia genética. Com o intuito de aprofundar a investigação dos aspectos biológicos da dependência de cocaína, nós estudamos, através de um estudo casocontrole, uma amostra de inicial de 746 pacientes dependentes de crack/cocaína hospitalizados em clínicas especializadas para o tratamento de dependência química na cidade de São Paulo, que foram comparados a 891 controles normais, sem história prévia de abuso ilegal de substâncias. Os objetivos desta tese foram: 1) verificar a associação de três polimorfismos (rs1803274, rs4263329, rs4680662) para o gene da butirilcolinesterase (BCHE), uma enzima envolvida na metabolização da cocaína no desenho do tipo gene candidato; 2) testar a hipótese de interação entre o marcador funcional Val158Met do gene para a enzima catecol-O-metiltransferase (COMT) e os marcadores do tipo VNTR das regiões 3´UTR e Intron8 do gene do transportador da dopamina (DAT1) e; 3) numa análise de caráter exploratório, verificar a interação gene-gene de 40 polimorfismos em 12 genes com plausibilidade biológica para a dependência da cocaína. A análise estatística fez uso de modelos de regressão logística para a interação de marcadores nos dois genes, COMT e DAT1 e, do programa Multifactor Dimensionality Reduction (MDR) para a análise multivariada. A análise envolvendo os marcadores para o gene BCHE não se mostraram associados ao fenótipo da dependência de cocaína porém, encontrou-se uma associação do marcador funcional rs1803274 (p=0,001; OR=5,83; IC95%=2,10 - 16,16) nos usuários exclusivos de crack, a forma cheirada da cocaína quando comparados aos grupos de uso exclusivo da cocaína na forma cheirada ou, de uso das duas formas de administração. Os marcadores do tipo VNTR da DAT1 não interagiram em um modelo de regressão logística com o marcador Val158Met da COMT. Finalmente, os modelos construídos pelo programa MDR não forneceram interações gene-gene que tivessem uma previsibilidade além do acaso. Dentro de uma perspectiva genética, os estudos futuros para a dependência de cocaína devem aprimorar a caracterização fenotípica, por meio de subgrupos divididos por sintomas clínicos e pelo uso de fenótipos intermediários, fazer um rastreio minucioso dos marcadores ao longo dos genes de interesse e, usar de métodos analíticos para as interações gene-gene e gene-ambiente / The use of crack/cocaine has become a major public health problem in Brazil due to its manifold problems in the medical, psychological and social realms. Twin and family studies have documented the role played by genetic factors and environment in cocaine addiction. Genetic association studies in cocaine addiction are few and have methodological problems: small sample size, population stratification and a paucity of genetic markers have been studied so far. There is also a lack of knowledge on how the genes already shown to be associated with cocaine addiction interact, that is, genetic epistasis. In order to advance the knowledge of biological factors in cocaine addiction we investigated, by means of a case-control study, 746 patients with crack/cocaine dependence admitted to specialized clinics for the treatment of drug addiction in the city of São Paulo. They were compared to 891 control subjects with no previous history of illegal drug abuse. The objectives of this thesis were: 1) investigate the association of three SNPs (rs1803274, rs4263329, rs4680662) in the butirilcholinesterase gene (BCHE) that encodes an enzyme involved in cocaine metabolism; 2) test the hypothesis of an interaction between the functional marker Val158Met of the catechol-o-metiltransferase enzyme (COMT) gene and two VNTRs markers, 3´UTR and Intron8, of the dopamine transporter gene (DAT1) and, 3) in an exploratory analysis, investigate the gene-gene interaction of 40 polymorphisms in 12 genes with a biological plausibility for cocaine addiction. Logistic regression was used to assess COMT*DAT1 gene-gene interaction and, the Multifactor Dimensionality Reduction (MDR) program was used for the other multivariate analysis. Genetic variants for the BCHE gene were not associated with cocaine addiction but, an association was found between the functional marker rs1803274 (p=0,001; OR=5,83; IC95%=2,10 - 16,16) and crack users compared to those that snorted cocaine or used both forms of administration. The DAT1 VNTRs did not interact with the COMT Val158Met marker. Finally, the models generated by the MDR program did not provided any predictive gene-gene interaction better than chance. Future studies investigating genetic risk factors for cocaine dependence should improve phenotype characterization (clinically derived subgroups and use of endophenotypes) and should also make a thorough scan of the genetic markers along the genes of interest including gene-gene and gene-environment analysis

O uso da cocaína e do crack tornou-se um problema de saúde pública importante no Brasil por conta de prejuízos significativos do ponto de vista médico, psicológico e social que ele acarreta. Estudos de gêmeos e, em famílias, sugerem que a dependência de cocaína é uma doença complexa, com participação importante de fatores genéticos. Os estudos genéticos sobre usuários de cocaína são poucos e padecem de problemas metodológicos, tais como, amostras pequenas, com alto grau de miscigenação populacional e um número limitado de marcadores genéticos pesquisados. Além disto, há pouco sendo feito no sentido de verificar como os genes já associados à dependência de cocaína interagem entre si, ou seja, de investigações sobre a epistasia genética. Com o intuito de aprofundar a investigação dos aspectos biológicos da dependência de cocaína, nós estudamos, através de um estudo casocontrole, uma amostra de inicial de 746 pacientes dependentes de crack/cocaína hospitalizados em clínicas especializadas para o tratamento de dependência química na cidade de São Paulo, que foram comparados a 891 controles normais, sem história prévia de abuso ilegal de substâncias. Os objetivos desta tese foram: 1) verificar a associação de três polimorfismos (rs1803274, rs4263329, rs4680662) para o gene da butirilcolinesterase (BCHE), uma enzima envolvida na metabolização da cocaína no desenho do tipo gene candidato; 2) testar a hipótese de interação entre o marcador funcional Val158Met do gene para a enzima catecol-O-metiltransferase (COMT) e os marcadores do tipo VNTR das regiões 3´UTR e Intron8 do gene do transportador da dopamina (DAT1) e; 3) numa análise de caráter exploratório, verificar a interação gene-gene de 40 polimorfismos em 12 genes com plausibilidade biológica para a dependência da cocaína. A análise estatística fez uso de modelos de regressão logística para a interação de marcadores nos dois genes, COMT e DAT1 e, do programa Multifactor Dimensionality Reduction (MDR) para a análise multivariada. A análise envolvendo os marcadores para o gene BCHE não se mostraram associados ao fenótipo da dependência de cocaína porém, encontrou-se uma associação do marcador funcional rs1803274 (p=0,001; OR=5,83; IC95%=2,10 - 16,16) nos usuários exclusivos de crack, a forma cheirada da cocaína quando comparados aos grupos de uso exclusivo da cocaína na forma cheirada ou, de uso das duas formas de administração. Os marcadores do tipo VNTR da DAT1 não interagiram em um modelo de regressão logística com o marcador Val158Met da COMT. Finalmente, os modelos construídos pelo programa MDR não forneceram interações gene-gene que tivessem uma previsibilidade além do acaso. Dentro de uma perspectiva genética, os estudos futuros para a dependência de cocaína devem aprimorar a caracterização fenotípica, por meio de subgrupos divididos por sintomas clínicos e pelo uso de fenótipos intermediários, fazer um rastreio minucioso dos marcadores ao longo dos genes de interesse e, usar de métodos analíticos para as interações gene-gene e gene-ambiente / The use of crack/cocaine has become a major public health problem in Brazil due to its manifold problems in the medical, psychological and social realms. Twin and family studies have documented the role played by genetic factors and environment in cocaine addiction. Genetic association studies in cocaine addiction are few and have methodological problems: small sample size, population stratification and a paucity of genetic markers have been studied so far. There is also a lack of knowledge on how the genes already shown to be associated with cocaine addiction interact, that is, genetic epistasis. In order to advance the knowledge of biological factors in cocaine addiction we investigated, by means of a case-control study, 746 patients with crack/cocaine dependence admitted to specialized clinics for the treatment of drug addiction in the city of São Paulo. They were compared to 891 control subjects with no previous history of illegal drug abuse. The objectives of this thesis were: 1) investigate the association of three SNPs (rs1803274, rs4263329, rs4680662) in the butirilcholinesterase gene (BCHE) that encodes an enzyme involved in cocaine metabolism; 2) test the hypothesis of an interaction between the functional marker Val158Met of the catechol-o-metiltransferase enzyme (COMT) gene and two VNTRs markers, 3´UTR and Intron8, of the dopamine transporter gene (DAT1) and, 3) in an exploratory analysis, investigate the gene-gene interaction of 40 polymorphisms in 12 genes with a biological plausibility for cocaine addiction. Logistic regression was used to assess COMT*DAT1 gene-gene interaction and, the Multifactor Dimensionality Reduction (MDR) program was used for the other multivariate analysis. Genetic variants for the BCHE gene were not associated with cocaine addiction but, an association was found between the functional marker rs1803274 (p=0,001; OR=5,83; IC95%=2,10 - 16,16) and crack users compared to those that snorted cocaine or used both forms of administration. The DAT1 VNTRs did not interact with the COMT Val158Met marker. Finally, the models generated by the MDR program did not provided any predictive gene-gene interaction better than chance. Future studies investigating genetic risk factors for cocaine dependence should improve phenotype characterization (clinically derived subgroups and use of endophenotypes) and should also make a thorough scan of the genetic markers along the genes of interest including gene-gene and gene-environment analysis

[EN] Rice (Oryza sativa L) is the main staple food for over 3 billion people (almost half the world population), and rice blast, caused by the fungus Magnaporthe oryzae, is the major threat for this crop worldwide, triggering also important losses in Spain some years. Some resistant cultivars have been released, mainly with complete resistance genes (Pi genes), but their resistance has not lasted long, due to the emergence of new virulent isolates. Therefore, the efforts for obtaining effective and durable resistance are focused nowadays on the use of partial resistance or a combination of partial and complete resistance. Partial resistance is a quantitative character, controlled by numerous genes of small effects (QTLs), that can interact among them, and usually also strongly with the environment. For a better knowledge of the population of M. oryzae in the Albufera region, and of the resistance genes and QTLs that might be effective in various Spanish rice growing regions, we tested along four years 31 differential varieties (isogenic lines carrying one different Pi gene each); these studies showed that fungus population can significantly change from one year to the other. On the other hand, we analyzed the genetics of resistance to M. oryzae in two populations derived from crosses between local and well adapted, although moderately susceptible, varieties (Sivert, JSendra), and allegedly resistant but poorly adapted varieties (CAN-6159, Gigante Vercelly. In F3 lines of both populations, the leaf and panicle susceptibility was determined in field trials under conditions that favour the infection: SixCNA lines were tested in a plot in the Albufera region, and those of JSxGV in four locations of Valencia, the Ebro River Delta, and Seville; inoculations in controlled conditions were also carried out in the second population. We compare the different methodologies for assessing susceptibility, and we discuss the environmental influence on it. 22 QTLs were detected in SIxCNA, and 61 in JSxGV, most of them in only one location. All four parents displayed partial resistance QTLs; but some QTLs showed small additive effects and, often, high dominance. At the same time, most of these QTLs exhibit significant interactions with other QTLs; and many of them co-localize with QTLs found in other studies. We have discovered substantial coincidences between QTLs that control incidence in panicle and those that determine leaf severity, thus supporting the hypothesis that there are common defence mechanisms in both organs. Chromosomal regions of interest for marker assisted breeding of resistant genotypes have been identified. / [ES] El arroz (Oryza sativa L.) es la principal fuente de alimentación para más de 3.000 millones de personas, casi la mitad de la población mundial, y la "piriculariosis", causada por el hongo Magnaporthe oryzae Couch, es la enfermedad que más pérdidas causa en este cultivo a escala mundial; también en España ha causado pérdidas importantes algunos años. Se han obtenido diversas variedades resistentes, principalmente al incorporar genes de resistencia completa (genes Pi), pero la mayoría se han vuelto susceptibles en pocos años al aparecer nuevos aislados más virulentos. Actualmente, para conseguir una resistencia efectiva y duradera, se busca incorporar resistencia parcial, o una combinación de ambos tipos de resistencia. La resistencia parcial es un carácter cuantitativo, controlado por numerosos genes de efecto pequeño (o QTLs), que pueden interaccionar entre ellos y que, con frecuencia, también lo hacen intensamente con el ambiente. Para conocer mejor la población del patógeno presente en la zona de la Albufera, y qué genes y QTLs de resistencia pueden ser efectivos en ésta y otras zonas arroceras de España, por un lado se ensayaron durante varios años 31 variedades diferenciales (líneas con un gen Pi diferente cada una); esto demostró que la estructura de la población del hongo puede variar significativamente con los años. Por otro lado, realizamos estudios genéticos sobre la resistencia a M. oryzae en dos poblaciones, procedentes del cruzamiento entre variedades locales, bien adaptadas pero moderadamente susceptibles (Sivert y JSendra) y variedades resistentes, pero no adaptadas (CNA-6159 y Gigante Vercelli). En líneas F3 de ambas poblaciones se determinó la resistencia en campo, en condiciones favorables para el ataque del hongo, en hojas y órganos productivos: en SixCNA, en una parcela de la Albufera, y en JSxGV, en 4 localidades de Valencia, el Delta del Ebro y Sevilla; en JSxGV, además, se realizaron inoculaciones en condiciones controladas. Se comparan los diferentes sistemas de medida de la susceptibilidad, y se discute la influencia ambiental en ella. Se detectaron 22 QTLs en SixCNA, y 61 QTLs en JSxGV, la mayoría de los cuales sólo se expresan en una localidad. Todos los parentales aportan alelos de resistencia; pero la mayoría de los QTLs identificados son de efectos pequeños y, a menudo, con un notable componente dominante. Al mismo tiempo, gran parte de estos QTLs presentan interacciones significativas con otros QTLs; y muchos de ellos co-localizan con QTLs identificados en otros estudios. Hemos encontrado bastantes coincidencias entre QTLs que controlan la incidencia en panículas y los que determinan la severidad en las hojas, apoyando la hipótesis de que existen mecanismos de defensa comunes en ambos órganos. Se han localizado regiones cromosómicas de interés que podrían ser utilizadas para la selección de genotipos resistentes. / [CAT] L'arròs (Oryza sativa L.) és la principal font d'alimentació per a més de 3.000 millions de persones, quasi la meitat de la població mundial, i la "piriculariosi", causada pel fong Magnaporthe oryzae Couch, és la malaltia que més pèrdues origina en aquest conreu a escala mundial; també a Espanya ha causat pèrdues importants alguns anys. S'han obtès diverses varietats resistents, principalment en incorporar gens de resistència completa (gens Pi), però la majoria s'han tornat susceptibles en pocs anys en aparèixer nous aïllats més virulents. Actualment, per aconseguir una resistència efectiva i duradora, es cerca incorporar resistència parcial, o una combinació de tots dos tipus de resistència. La resistència parcial és un caràcter quantitatiu, controlat per nombrosos gens d'efecte reduït (o QTLs), els quals poden interaccionar entre sí i que, sovint, també ho fan intensament amb l'ambient. Per conéixer millor la població del patògen present a la zona de l'Albufera, i quins gens i QTLs de resistència poden ser efectius a aquesta i a d'altres zones arrosseres d'Espanya, per una banda s'assajaren durant diversos anys 31 varietats diferencials (línies amb un gen Pi diferent cadascuna); això demostrà que l'estructura de la població del fong pot variejar significativament amb els anys. Per altra banda, realitzàrem estudis genètics sobre la resistència a M. oryzae en dues poblacions, procedents del encreuament entre varietats locals, adaptades però moderadament susceptibles (Sivert i JSendra) i varietats resistents però no adaptades (CNA-6159 i Gigante Vercelli). En línies F3 d'ambdues poblacions es determinà la resistència en camp, en condicions favorables per a l'atac del fong, en fulles i òrgans productius: en SixCNA, en una parcel·la de l'Albufera, i en JSxGV en quatre localitats de València, el Delta de l'Ebre i Sevilla; en JSxGV, a més a més, es realitzaren inoculacions en condicions controlades. Es comparen els diversos sistemes de mesura de la susceptibilidad, i es discuteix la influència ambiental en aquesta. Es detectaren 22 QTLs en SixCNA i 61 QTLs en JSxGV, la major part dels quals solament s'expressen a una localitat. Tots els parentals aporten al·lels de resistència; però alguns dels QTLs identificats són d'efectes reduïts i, freqüentment, amb un notable component dominant. Paral·lelament, gran part d'aquestos QTLs presenten interaccions significatives amb altres QTLs; i molts d'aquestos co-localitzen amb QTLs identificats en altres estudis. Hem trobat bastants coincidències entre QTLs que controlen la incidència en panícules i els que determinen la severitat a les fulles, recolzant la hipòtesi que existeixen mecanismes de defensa comuns en ambdós òrgans. S'han localitzat regions cromosòmiques d'interès que podrien ser emprades per a la selecció de genotipus resistents / Pérez Lotz, J. (2016). Análisis genético de la resistencia parcial a Magnaporthe oryzae en arroz (Oryza sativa) en varias poblaciones y ambientes [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/62582 / TESIS