Os elementos transponíveis (TEs) constituem grande parte do material genético de diversos eucariotos, alcançando entre 50-80% do genoma de gramíneas. Os projetos genoma proporcionaram um aumento das informações disponíveis sobre estes elementos, o que evidenciou sua importância e possibilitou o desenvolvimento de novas abordagens para seu estudo. O sistema Mutator (Mu) de milho é o mais ativo e mutagênico transposon de plantas. Além do elemento autônomo, MuDR, o sistema compreende ainda um conjunto de elementos bastante heterogêneo em sua seqüência e estrutura, chamados MuLEs, que podem conter até mesmo fragmentos de genes do hospedeiro. As seqüências de transposons mais abundantemente expressas no transcriptoma de cana-de-açúcar são relacionadas a MuDR e se agrupam em quatro clados (nomeados Classes I, II, II e IV), existentes antes da divergência entre Mono e Eudicotiledôneas. O trabalho apresentado aqui teve o objetivo de aprofundar o conhecimento sobre o sistema Mutator em cana-de-açúcar a partir da análise comparativa entre seqüências dessa planta e de arroz (cujo genoma está totalmente seqüenciado). Foi possível avaliar a abundância e diversidade do sistema Mu em gramíneas, ficando evidente uma amplificação de elementos clado-específica, tendo a Classe II sofrido uma explosão no número de cópias ao longo da evolução destas plantas. Análises estruturais revelaram que, enquanto as Classes I e II compreendem elementos com características de transposons, as Classes III e IV são, na verdade, transposases domesticadas. Foram completamente seqüenciados dois clones de BAC de cana-de-açúcar, um proveniente de cada parental do híbrido (Saccharum officinarum e Saccharum spontaneum), ambos contendo elementos da Classe III. Estes elementos foram caracterizados e a seqüência genômica de cana foi comparada com sua ortóloga em arroz, revelando um acúmulo de TEs nas regiões intergênicas. / Transposable elements (TEs) constitute great part of eukaryote genetic material, in grasses, they comprise between 50-80% of the genome. Genome projects have significantly increased the amount of information about these elements, revealing their importance and allowing the development of new approaches for their study. The Mutator system (Mu) of maize is the most active and mutagenic plant transposon. Beyond the autonomous element, MuDR, the system comprises a very heterogeneous, in sequence and structure, set of elements, called MuLEs, that can contain even host gene fragments. The most abundant transposon related sequences expressed in sugarcane transcriptoma are the MuDR-like. They group into four clades (called Classes I, II, III and IV) that exist prior to the Mono and Eudicot split. The aim of this work is to gain knowledge about the Mutator system in sugarcane through the comparative analysis against rice (whose genome is completely sequenced). The results described the abundance and diversity of the Mu system in grasses, evidencing a clado-specific amplification with a burst of Class II along the evolution of this plant group. Structural analyses showed that, while Classes I and II comprise elements with transposon characteristics, Classes III and IV are domesticated transposases. One BAC clone from each sugarcane parental genotype (Saccharum officinarum and Saccharum spontaneum) have been completely sequenced, both containing Class III elements. These elements have been characterized and the sugarcane genomic sequences were compared with their orthologues in rice. The comparative analyses showed an accumulation of TEs in the intergenic regions.

Os elementos transponíveis (TEs) constituem grande parte do material genético de diversos eucariotos, alcançando entre 50-80% do genoma de gramíneas. Os projetos genoma proporcionaram um aumento das informações disponíveis sobre estes elementos, o que evidenciou sua importância e possibilitou o desenvolvimento de novas abordagens para seu estudo. O sistema Mutator (Mu) de milho é o mais ativo e mutagênico transposon de plantas. Além do elemento autônomo, MuDR, o sistema compreende ainda um conjunto de elementos bastante heterogêneo em sua seqüência e estrutura, chamados MuLEs, que podem conter até mesmo fragmentos de genes do hospedeiro. As seqüências de transposons mais abundantemente expressas no transcriptoma de cana-de-açúcar são relacionadas a MuDR e se agrupam em quatro clados (nomeados Classes I, II, II e IV), existentes antes da divergência entre Mono e Eudicotiledôneas. O trabalho apresentado aqui teve o objetivo de aprofundar o conhecimento sobre o sistema Mutator em cana-de-açúcar a partir da análise comparativa entre seqüências dessa planta e de arroz (cujo genoma está totalmente seqüenciado). Foi possível avaliar a abundância e diversidade do sistema Mu em gramíneas, ficando evidente uma amplificação de elementos clado-específica, tendo a Classe II sofrido uma explosão no número de cópias ao longo da evolução destas plantas. Análises estruturais revelaram que, enquanto as Classes I e II compreendem elementos com características de transposons, as Classes III e IV são, na verdade, transposases domesticadas. Foram completamente seqüenciados dois clones de BAC de cana-de-açúcar, um proveniente de cada parental do híbrido (Saccharum officinarum e Saccharum spontaneum), ambos contendo elementos da Classe III. Estes elementos foram caracterizados e a seqüência genômica de cana foi comparada com sua ortóloga em arroz, revelando um acúmulo de TEs nas regiões intergênicas. / Transposable elements (TEs) constitute great part of eukaryote genetic material, in grasses, they comprise between 50-80% of the genome. Genome projects have significantly increased the amount of information about these elements, revealing their importance and allowing the development of new approaches for their study. The Mutator system (Mu) of maize is the most active and mutagenic plant transposon. Beyond the autonomous element, MuDR, the system comprises a very heterogeneous, in sequence and structure, set of elements, called MuLEs, that can contain even host gene fragments. The most abundant transposon related sequences expressed in sugarcane transcriptoma are the MuDR-like. They group into four clades (called Classes I, II, III and IV) that exist prior to the Mono and Eudicot split. The aim of this work is to gain knowledge about the Mutator system in sugarcane through the comparative analysis against rice (whose genome is completely sequenced). The results described the abundance and diversity of the Mu system in grasses, evidencing a clado-specific amplification with a burst of Class II along the evolution of this plant group. Structural analyses showed that, while Classes I and II comprise elements with transposon characteristics, Classes III and IV are domesticated transposases. One BAC clone from each sugarcane parental genotype (Saccharum officinarum and Saccharum spontaneum) have been completely sequenced, both containing Class III elements. These elements have been characterized and the sugarcane genomic sequences were compared with their orthologues in rice. The comparative analyses showed an accumulation of TEs in the intergenic regions.

Elementos móveis influenciam expressivamente a evolução do grupo Bacteria, uma vez que são integrantes importantes do processo de geração da variabilidade genética e promovem a diversidade da população frente à estocasticidade do ambiente. Investigamos a influência de elementos genéticos móveis em linhagens de X. oryzae sob três diferentes aspectos nesta tese. Primeiramente, investigamos a transferência horizontal de um operon adquirido exclusivamente por Xoc, porém ausente em Xoo e linhagens filogenéticamente próximas. A importância da produção do fitormônio GA4 por Xoc é indicada pela alta prevalência do operon em diferentes populações, e pela ampla distrubuição geográfica em um amplo perído de tempo. Também abordamos a influência de elementos genéticos móveis mais amplamente no genoma de X. oryzae. Descrevemos como elementos de transposição, representados por elementos do tipo IS, são capazes de interferir em um sistema central do metabolismo bacteriano, como o sistema de reparo de DNA. Por fim, descrevemos um novo elemento encontrado em X. oryzae e analisamos sua organização, distribuição, filogenia, o nível transcricional e o potencial funcional na interação com seu hospedeiro Nosso conjunto de resultados reitera a importância dos elementos de transposição no aumento de variabilidade genética de populações, e dessa forma, infere sobre seu papel relevante na diversificação em X. oryzae. Descrevemos a variabilidade, exploramos as consequências da amplificação de elementos de transposição nesta espécie, evidenciamos a complexidade desta variação em nível populacional. / Mobile elements are genomic components that trigger genetic variability and promote the diversity of the population against the stochasticity of the environment and therefore, significantly influence the evolution of the Bacteria group. We investigate the influence of mobile genetic elements on X. oryzae lineages under three different aspects in this thesis. First, we investigated the horizontal transfer event of a operon, acquired exclusively by Xoc, but absent in Xoo and phylogenetically close lineages. The importance of the production of the phytohormone GA4 by Xoc is indicated by its high prevalence in different populations, in a wide geographic distribution and in a large time period.We also address the influence of mobile genetic elements more comprehensively in the X. oryzae genome. We describe how transposable elements, represented by IS elements, are capable of interfering in a central system of bacterial metabolism, such as the DNA repair system. Finally, we describe a new element found in X. oryzae and we analyze its organization, distribution, phylogeny and its transcriptional level. We also speculate its function in the X. oryzae-host interaction. Our results reiterate the importance of transposable elements enriching genetic variability of populations and infers on their relevant role in the diversification of X. oryzae lineage. We describe the variability, explore the consequences resulting from the amplification of transposition elements in the X. oryzae species and we show the complexity of this variation at the population level.

Cana-de-açúcar é uma planta agrícola com grande importância econômica para o Brasil. Os cultivares modernos de cana-de-açúcar apresentam uma alta complexidade genômica, devido ao seu genoma ser poliploide e com número cromossômico variando entre 100-120. As plantas de cana-de-açúcar estão sujeitas ao ataque de diversos tipos de patógenos, e sua tolerância depende da ação de genes de resistência. Estes podem desencadear uma cascata de reações ou interagir diretamente com uma molécula efetora, resultando em tolerância por parte da planta à presença do patógeno. O genoma dos cultivares moderno apresentam inúmeros elementos de transposição posicionados em diferentes regiões do genoma. Devido a essa abundância, os elementos de transposição estão sendo usados como marcadores moleculares, por exemplo, RBIP (Retrotransposon-Based Insertion Polymorphism), que identifica polimorfismos baseado na inserção de elementos do tipo retrotransposons. Esta técnica é capaz de diferenciar a presença e a ausência de um elemento de transposição em uma determinada região do genoma. Para a aplicação em organismos poliploides foi desenvolvida a técnica RBIP-qPCR, permitindo dosar a presença e ausência de um elemento de transposição em um organismo poliploide. Sendo assim este trabalho tem como objetivo aplicar a técnica de RBIP-qPCR em elementos de transposição alocados adjacentes a genes de resistência a fim de, posteriormente, verificar a existência de associação entre genes de resistência e elementos de transposição. Para isso foram analisadas três famílias de genes de resistência, I2C-2, Xa21 e Pti1. Foram realizadas análises de composição genômica de cada uma das regiões, genômica comparativa entre as variedades de R570 e SP80-3280 para a região genômica que contém o gene I2C-2, além de uma análise de expressão de genes e elementos de transposição vizinhos neste loco. A partir destes estudos foi possível selecionar um elemento de transposição, scDEL 5.1, para aplicar a técnica de RBIP-qPCR. Os resultados das análises de reconhecimento do ambiente genômico determinou a escolha de um elemento para aplicação da técnica. Verificamos que na ausência de scDEL 5.1 a metodologia RBIPqPCR foi eficaz em todos os genomas testados. As análises de presença de scDEL 5.1 no loco revelaram que elementos com elevado número de cópias no genoma não são adequados para a aplicação da metodologia. / Sugarcane is an agricultural plant with great economic importance for Brazil. The modern cultivars of sugarcane present a high genomic complexity, due to their genome being polyploid and with chromosome number varying between 100-120. Sugarcane plants are targets of several types of pathogens, and their tolerance depends on the action of resistance genes. These can trigger a cascade of reactions or interact directly with an effector molecule, resulting in tolerance by the plant to the presence of the pathogen. The genome of modern cultivars presents several transposable elements allocated in different regions of the genome. Due to this abundance, transposable elements are being used as molecular markers, such as RBIP (Retrotransposon-Based Insertion Polymorphism), which identifies polymorphisms based on the insertion of retrotransposon. This technique is able to differentiate the presence and absence of a transposable element in a particular region of the genome. For the application in polyploid organisms the RBIP-qPCR technique was developed, allowing measuring the presence and absence of a transposable element in a polyploid organism. Therefore, the objective of this work is to apply the RBIP-qPCR technique to on a transposable element localized adjacent to resistance genes in order to, latterly, verify the existence of association between resistance genes and transposable elements. For this, three families of resistance genes, I2C-2, Xa21 and Pti1 were analyzed. Genomic composition analyzes of each region, comparative genomics between the R570 and SP80-3280 varieties for the genomic region containing the I2C-2 gene, as well as an analysis of genes and elements expression neighbors at this locus were performed. From these studies it was possible to select a transposition element, scDEL 5.1, to apply the RBIP-qPCR technique. The results of the genomic environment recognition analysis determined the choice the transposable element for the application of the technique. We verified that in the absence of scDEL 5.1 the RBIP-qPCR methodology was effective in all genomes tested. Analysis of the presence of scDEL 5.1 in the locus revealed that elements with high copy number in the genome are not suitable for the application of the methodology.

Os elementos de transposição (TEs) se movimentam de um locus para outro no genoma afetando a estrutura e evolução destes. A superfamília de transposases hAT é definida pelos elementos que compartilham os domínios de dimerização e ligação ao DNA com os transposons previamente descritos: hobo, Activator e Tam3. Análises prévias encontraram algumas evidencias da presença genômica e ativação transcricional de TEs relacionados à superfamília hAT em cana-de-açúcar (denominados de família SChAT) e pelo menos três linhagens evolutivas foram postuladas. O objetivo deste trabalho é caracterizar versões genômicas das linhagens de transposons (191 e 257) e linhagem possivelmente domesticada (074). Pretende-se estudar as relações evolutivas, distribuição em gramíneas, identificar os padrões de expressão e propriedades funcionais. Regiões de sintenia foram estabelecidas para estes BACs em Arabidopsis thaliana, Brachypodium distachyon, Sorghum bicolor, Oryza sativa e Zea mays. Elementos relacionados com as três linhagens foram procurados nestes genomas. / Transposable elements (TEs) are able to move from one locus to another within a genome. TE mobilization affects genome structure and evolution. The hAT transposase superfamily is defined as elements that share the dimerization and DNA ligation domains with the previously described hobo, Activator and Tam3 transposon elements. Previous analyses found some genomic and transcriptional evidences of TEs related to hAT superfamily in sugarcane (named SChAT family) and at least three evolutionary lineages were proposed. The aim of this work is to characterize full-length genomic versions of the transposons lineages (191 and 257) and from the domesticated lineage (074). It is proposed to study the evolutionary relationship, distribution along grasses genomes, identify expression patterns and functional capacities of the SChAT elements. Syntenic regions for the BACs containing elements from the three lineages were mapped in Arabidopsis thaliana, Brachypodium distachyon, Sorghum bicolor, Oryza sativa and Zea mays. Related elements were search on the same genomes.

Os elementos de transposição (TEs) se movimentam de um locus para outro no genoma afetando a estrutura e evolução destes. A superfamília de transposases hAT é definida pelos elementos que compartilham os domínios de dimerização e ligação ao DNA com os transposons previamente descritos: hobo, Activator e Tam3. Análises prévias encontraram algumas evidencias da presença genômica e ativação transcricional de TEs relacionados à superfamília hAT em cana-de-açúcar (denominados de família SChAT) e pelo menos três linhagens evolutivas foram postuladas. O objetivo deste trabalho é caracterizar versões genômicas das linhagens de transposons (191 e 257) e linhagem possivelmente domesticada (074). Pretende-se estudar as relações evolutivas, distribuição em gramíneas, identificar os padrões de expressão e propriedades funcionais. Regiões de sintenia foram estabelecidas para estes BACs em Arabidopsis thaliana, Brachypodium distachyon, Sorghum bicolor, Oryza sativa e Zea mays. Elementos relacionados com as três linhagens foram procurados nestes genomas. / Transposable elements (TEs) are able to move from one locus to another within a genome. TE mobilization affects genome structure and evolution. The hAT transposase superfamily is defined as elements that share the dimerization and DNA ligation domains with the previously described hobo, Activator and Tam3 transposon elements. Previous analyses found some genomic and transcriptional evidences of TEs related to hAT superfamily in sugarcane (named SChAT family) and at least three evolutionary lineages were proposed. The aim of this work is to characterize full-length genomic versions of the transposons lineages (191 and 257) and from the domesticated lineage (074). It is proposed to study the evolutionary relationship, distribution along grasses genomes, identify expression patterns and functional capacities of the SChAT elements. Syntenic regions for the BACs containing elements from the three lineages were mapped in Arabidopsis thaliana, Brachypodium distachyon, Sorghum bicolor, Oryza sativa and Zea mays. Related elements were search on the same genomes.

Made available in DSpace on 2011-05-04T12:42:03Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009 / Até hoje não existem mecanismos eficientes de controle da malaria, uma das doenças infecciosas mais importantes do mundo. Nas últimas décadas, a transformação genética dos mosquitos transmissores tem sido proposta como uma alternativa para o controle de esta doença. Para isso, além do desenvolvimento de técnicas para a introdução de DNA em células germinais dos mosquitos e da identificação de genes capazes de bloquear ou reduzir a transmissão de parasitas aos humanos, é necessário o desenvolvimento de métodos eficientes para a introdução e fixação de genes refratários à malaria nas populações naturais de mosquitos. O uso de elementos de transposição tem sido sugerido para tais fins pelas características biológicas de invasão e propagação em genomas eucariotas que presentão estes elementos. Na presente tese, analisaram-se os elementos de transposição presentes no genoma do mosquito Anopheles gambiae, um dos principais vetores da malaria no mundo. Os resultados apresentados se encontram divididos em três partes, primeiramente a descrição de AnoTExcel, uma base de dados com informação detalhada dos elementos de transposição presentes neste genoma. Por outra, a partir desta base, foram identificados e caracterizados elementos novos, não detectados previamente em nenhum genoma. Por último, foram analisados elementos representativos pertencentes às diferentes classes de elementos de transposição desde uma perspectiva evolutiva e foi proposta uma análise de redes (Network analysis) para inferir as inter-relações entre elementos de transposição pertencentes à mesma família. / Up today, there are no efficient mechanisms for the control of Malaria, one of the most important diseases in the world. In the last decades, the genetic transformation of the malaria vectors have been proposed as an alternative. For achieving so, besides the development of techniques for the introduction of foreign DNA into the mosquitoes germinal cells and the identification of genes able to block or reduced the parasites transmission to human, the development of efficient methods for the introduction and fixation of the refractory genes into the mosquitoes natural populations is needed. In this regard, the use of transposable elements has been suggested as a driver system due to their biological characteristics of eukaryotic genomes invasion and propagations. In this thesis the analysis of the transposable elements in the genome of Anopheles gambiae, one of the most important vectors of malaria, has been proposed. The results are divided in three parts, first of all a description of AnoTExcel, a database with detailed information of the transposable elements present in the mosquito genome. The characterization of Novel elements that have not been described before is also described. Last, an evolutionary analysis of representative elements from different classes and families of elements has been performed. Finally, we have also proposed a network analysis for inferring the relationships between elements within the same family.

Made available in DSpace on 2014-08-20T13:59:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_leticia_carvalho_benitez.PDF: 2280565 bytes, checksum: b42ec255c82d36f41734b4fa831b83a0 (MD5) Previous issue date: 2012-05-02 / In agricultural systems, production is hardly influenced by adverse environmental conditions, including salinity.... / Nos sistemas agrícolas, a produção é severamente influenciada por condições ambientais adversas, dentre as quais se destaca a salinidade....