O feijão-comum (Phaseolus vulgaris) é atacado por uma gama de patógenos que afetam a produtividade das lavouras e a qualidade dos grãos. Dentre os patógenos de importância econômica para a cultura no Brasil, destaca-se o nematoide das galhas (Meloidogyne incognita). Embora haja relatos sobre a avaliação de cultivares na presença de M. incognita, as fontes de resistência tem se mostrado pouco efetivas. Por isso, pesquisas que possibilitem um melhor entendimento sobre a interação planta-nematoide são de extrema valia e devem nortear novas estratégias para o melhoramento do feijoeiro. Assim, no presente estudo, 18 cultivares de P. vulgaris foram avaliadas quanto à resistência a M. incognita raça 3, sendo que quatro comportaram-se como pouco suscetíveis, 11 como moderadamente suscetíveis e três altamente suscetíveis. A cultivar IPR Saracura mostrou menor grau de suscetibilidade e foi, então, usada na construção de 12 bibliotecas de RNAseq, visando à identificação dos genes envolvidos na reposta à infecção pelo nematoide. Foram adotados dois tratamentos, 4 e 10 DAI (dias após inoculação), compostos de plantas inoculadas e controles. Primeiramente, realizou-se o mapeamento dos transcritos de cada biblioteca, tomando como referência o genoma de P. vulgaris (G19833), o que resultou na identificação de 27.195 unigenes. Em seguida, foi realizada a quantificação da expressão dos transcritos mapeados e genes diferencialmente expressos foram identificados. No total, 191 genes do hospedeiro apresentaram expressão diferencial, considerando-se: i) o tratamento inoculado em relação ao controle; ii) a razão de expressão (Fold Change - FC) mínima absoluta igual a 4; iii) o nível de significância ? = 0,05. Do total, 120 genes foram identificados aos 4 DAI e 71 aos 10 DAI. As sequências mapeadas foram contrastadas àquelas dos bancos de dados NCBI e TAIR, usando a ferramenta BLASTx e, posteriormente, anotadas usando os softwares Blast2GO e MapMan. Detectou-se similaridade com genes codificadores de proteínas conhecidas para 90% (24.604/27.195) dos unigenes, sendo que 69% (16.991/24.604) deles foram anotados. Quanto à expressão diferencial, 98% (188/191) dos transcritos mostraram similaridade com proteínas conhecidas e 67% (127/188) puderam ser anotados. Os transcritos foram atribuídos a diferentes categorias funcionais putativas, predominando o termo ontológico \'processos metabólicos\', em ambas as plataformas. A anotação dos genes na plataforma MapMan mostrou abundância das categorias da via de resposta a estresse, com predominância de genes de defesa superexpressos aos 4 DAI e reprimidos aos 10 DAI. Por fim, 10 genes mostraram expressão diferencial tanto aos 4 como aos 10 DAI: sete deles foram estáveis, sendo superexpressos nas plantas inoculadas, e três apresentaram comportamentos opostos nos momentos avaliados. Ênfase foi dada a um gene que codifica uma \'probable inactive ADP-ribosyltransferase\' e a quatro genes de resposta a ferimento. / The common bean (Phaseolus vulgaris) is attacked by a range of pathogens, which affect crop yield and the quality of grains. Among the pathogens of economic significance to the crop in Brazil, the root-knot nematodes (Meloidogyne incognita) deserve attention. Though there are some reports on cultivar evaluation in presence of M. incognita, the resistance sources have not being effective. Therefore, it is of valuable importance research projects that could lead to a better understanding of plant-nematode interaction and to indicate new strategies for common bean breeding. In the present study, 18 cultivars of P. vulgaris were evaluated in regard to their resistance to M. incognita race 3; four were less susceptible, 11 moderately susceptible, and three were highly susceptible. \'IPR Saracura\' behaved as the less susceptible cultivar and then was selected for the construction of 12 RNAseq libraries, aiming at the identification of genes differentially expressed in response to nematode infection. Two treatments were adopted, 4 and 10 days after inoculation (DAI), each comprised of inoculated and control plants. Firstly, the transcripts were mapped to the reference genome of P. vulgaris (G19833), resulting in the identification of 27,195 unigenes. Then, the mapped transcript\'s expression was quantified and differentially expressed genes were identified. In total, 191 genes of the host plant showed differential expression taking into consideration: i) the inoculated treatments in relation to their control; ii) an absolute fold change (FC) >= 4; iii) a level of significance ? = 0,05. Of the total, 120 genes were detected at 4 DAI and 71 at 10 DAI. The mapped sequences were compared against those deposited in NCBI and TAIR databanks using BLASTx and subsequently annotated using Blast2GO and MapMan softwares. Similarity to known proteins was detected for 90% of the unigenes (24,604/27,195) and 69% (16,991/24,604) of them were annotated. Regarding assessing differential expression, 98% (188/191) of the transcripts showed similarity to known proteins and 67% (127/188) were annotated. Transcripts were attributed to different putative functional categories and the ontological term \'metabolic process\' was predominant within both platforms. Gene annotation within MapMan platform showed predominance of stress-related pathway categories, with prevalence of defense genes overexpressed at 4 DAI and repressed at 10 DAI. Finally, 10 genes showed differential expression at both 4 and 10 DAI: seven were stably overexpressed in the inoculated plants, and three showed an opposite behavior regarding the evaluation periods. Attention was given to a gene encoding a probable inactive ADP-ribosyltransferase and four genes related to wound response.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-09-15T12:46:42Z No. of bitstreams: 1 fernandaalvesdefreitasguedes.pdf: 2011976 bytes, checksum: 6684b1525d9f87a2f6e72eadaa42fc34 (MD5) / Approved for entry into archive by Diamantino Mayra (mayra.diamantino@ufjf.edu.br) on 2016-09-26T20:18:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 fernandaalvesdefreitasguedes.pdf: 2011976 bytes, checksum: 6684b1525d9f87a2f6e72eadaa42fc34 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-26T20:18:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 fernandaalvesdefreitasguedes.pdf: 2011976 bytes, checksum: 6684b1525d9f87a2f6e72eadaa42fc34 (MD5) Previous issue date: 2011-02-28 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Lippia alba, também conhecida popularmente como erva cidreira, é uma espécie amplamente distribuída pelas Américas podendo ser encontrada por praticamente todo o Brasil. Muito usada pela medicina popular para o tratamento de problemas gastrointestinais e respiratórios, a folha desta espécie produz um óleo essencial rico em terpenos, principalmente mono e sesquiterpenos. Estes compostos não são apenas de interesse farmacológico, como também industrial. A composição deste óleo pode variar em função de fatores abióticos e também de variações genotípicas. Diante da complexidade da síntese destes compostos a proposta deste trabalho foi uma ampla caracterização do transcriptoma de folha de Lippia alba, além da identificação de prováveis enzimas envolvidas na síntese de terpenos. Para isso, foi feito um sequenciamento deste transcriptoma usando a plataforma 454 (Roche) seguido de uma montagem de novo. Esta plataforma tem sido cada vez mais utilizada para o sequenciamento de transcriptomas numa abordagem conhecida como RNA-Seq. O sequenciamento de biblioteca preparada a partir de RNA total em 1/8 de placa gerou 104.631 leituras com comprimento médio de 184,48bp num total de 19.302.161 bases. Foram feitas montagens das leituras usando 2 diferentes assemblers a fim de compará-las. Com o Newbler 2.5 foi possível montar 2.686 contigs com comprimento médio de 349bp, enquanto o SeqMan2.2 gerou 13.448 contigs com média de 284bp. Em seguida, foi feita a anotação funcional com o Blast2GO para os contigs obtidos nas duas montagens, tendo sido anotados 51,49% e 30,88%, respectivamente, dos contigs do Newbler e do SeqMan. Por fim, a análise das sequências anotadas revelou algumas enzimas potencialmente envolvidas com a síntese de terpenos. Os resultados obtidos neste estudo pioneiro sobre a espécie comprovam que as tecnologias NGS podem ser uma ferramenta bastante eficiente para o sequenciamento de transcriptomas e servirão como referência para o preparo mais específico de novas bibliotecas. Futuros sequenciamentos devem contribuir para uma melhor cobertura do transcriptoma permitindo a descoberta inclusive de transcritos raros. / Lippia alba, popularly known as erva cidreira, is widely distributed throughout the Americas and can be found through almost whole Brazil. This species is largely used in folk medicine to treat gastrointestinal and respiratory problems, especially leaves, which produce an essential oil rich in terpenes, mainly mono-and sesquiterpenes. These compounds are not only of pharmacological interest, as well as industrial. Composition of essencial oil can vary depending on the developmental stage, the plant part and other abiotic factors. However, genotypic variations also contribute to oil composition variation. Given the complexity of terpenes synthesis, including diversity of enzymes involved in these metabolic pathways, the purpose of this work was a L. alba leaf transcriptome characterization, in addition to identifying some enzymes probably involved in terpene synthesis. For that, it was made a transcriptome sequencing using 454 platform (Roche) followed by a de novo assembly. This platform, along with other NGS technologies, has been increasingly used for transcriptome sequencing in an approach known as RNA-Seq. Sequencing of a library prepared from total RNA in 1/8 plate generated 104,631 reads with average length of 184.48 bp and a total of 19,302,161 bases. Read assemblies were made using two different assemblers in order to compare them. While Newbler 2.5, proprietary software platform, assembled 2686 contigs with average length of 349bp, SeqMan2.2 generated 13,448 contigs with an average of 284bp. Then, functional annotation was performed with Blast2GO for all contigs from both assemblies; 51.49% and 30.88% of contigs, respectively, from Newbler and SeqMan were annotated. Finally, analysis of annotated sequences revealed some enzymes potentially involved in terpene synthesis. Results obtained from this pioneering study on the species show that NGS technology can be a very efficient tool for transcriptome sequencing and they will serve as reference for preparation of other more specific libraries. New sequencings should contribute to a better coverage of this transcriptome, allowing discovery of even rare transcripts.

A identificação de genes alvos, vias de sinalização e vias metabólicas para melhoramento de cana-de-açúcar associados a características de interesse, ainda são pouco conhecidos e estudados. Alguns estudos do transcriptoma através de plataformas de microarranjo têm buscado identificar listas de genes, para experimentos tecido- específico ou submetidos a condições de estresse bióticos e abióticos. Estudos pontuais destes dados tem sido associados a vias metabólicas ou vias de sinalização já descritas na literatura, de forma a identificar alterações relacionadas a padrões de expressão gênica. Porém, estas relações em cana-de-açúcar são pouco conhecidas e estudadas. O estudo e entendimento de cana-de-açúcar por meio da diversidade genética e de sua adaptação ao ambiente é um grande desafio, principalmente pela ausência de um genoma sequenciado e por possuir um genoma complexo. Apresentamos nossos resultados para tentar superar tais limitações e desafios para estudos de expressão gênica. Foram desenvolvidas metodologias para anotação funcional do transcriptoma, centradas na transferência de anotação, identificação de vias metabólicas e enzimas pelo método de similaridade bi-direcional, predição de genes full-length, análises de ortologia e desenho de oligonucleotídeos para microarranjos customizados, resultando no ORFeoma de cana-de-açúcar, na identificação e classificação de famílias de fatores de transcrição e identificação de genes ortólogos entre gramíneas. Além disso, desenvolvemos uma plataforma para processamento e análise automatizada de experimentos por microarranjo, para armazenamento, recuperação e integração com a anotação funcional. Adicionalmente desenvolvemos e implementamos métodos para seleção de genes diferencialmente e significativamente expressos, e abordagens para análise de enriquecimento de categorias, e escores de atividade de vias metabólicas. De forma a integrar a anotação funcional do transcriptoma aos estudos por expressão gênica, desenvolvemos a plataforma CaneRegNet e uma interface para integração desta rede de dados biológicos e conhecimentos, composta por aplicativos para consulta e prospecção de dados por análises de agrupamento e correlação entre experimentos de microarranjo, possibilitando a geração de novas hipóteses e predições dentro da organização da regulação celular. / The identification of target genes, metabolic and signaling pathways associated with characteristics of interest to the sugarcane improvement are still poorly known and studied. Some transcritptome studies through microarray platforms has tried to identify lists of genes, for tissue-specific experiments or subjected to conditions of biotic and abiotic stress. In the literature specific studies of these data has already been associated with metabolic or signaling pathway, in order to identify changes in these tracks related to patterns of gene expression. However, these relations are still little know and generally defined slightly. The study and understanding of sugarcane by means of genetic diversity and its adaptation to the environment is a major challenge, mainly due to the absence of a sequenced genome and by your complex genome. We present our results to surpass this barrier e challenges for the study of gene expression. Methodologies were developed for the transcriptome functional annotation, focused on the annotation transfer, identification of metabolic pathways and enzymes by the bi- directional method; prediction of full-length genes; ortology analysis and probe design for customized microarrays, resulting in the sugarcane ORFeome, the identification and classification of transcription factor families and identification of ortholog genes between grasses. Besides that, we have developed a plataform for automated processing and analysis for microarray experiments, to store, retrieve and integration with the functional annotation. Additionally, we have developed and implemented methods for identification of differentially and significantly expressed genes, and approaches for over-represented analysis and functional class scoring (FCS). To integrate the functional annotation and the studies by gene expression profile, we have developed the CaneRegNet platform and an interface to integrate this network of biological data and knowledge, composed by searching and data mining tools for clustering and correlations between microarray experiments, enabling the generation of new hypothesis and predictions around the organization of cellular regulation.

O Brasil é o maior produtor mundial de maracujá azedo (Passiflora edulis f. flavicarpa) sendo esta a espécie de maior expressão comercial dentre as passifloras cultivadas. A bacteriose do maracujazeiro, causada por Xanthomonas axonopodis pv. passiflorae (Xap), é uma das doenças mais severas da cultura, acarretando grandes prejuízos aos produtores. Atualmente, é incipiente o conhecimento sobre a interação maracujá azedo-Xap. Diante disso, a identificação e a caracterização dos genes envolvidos no processo de defesa são passos importantes para dar suporte ao desenvolvimento de variedades resistentes. Assim, o objetivo deste trabalho foi identificar e caracterizar genes de maracujá azedo diferencialmente expressos durante a resposta de defesa à Xap, bem como mensurar a sua expressão. Para isso, foram construídas duas bibliotecas subtrativas de cDNA (forward e reverse) usando o método SSH a partir de transcritos de folhas, que foram inoculadas com o patógeno ou solução salina (controle). Após o sequenciamento dos clones, o processamento e a montagem das sequências, as unisequências foram anotadas através da Plataforma PLAZA e do programa computacional Blast2GO. Genes envolvidos em diversos processos biológicos foram selecionados para a validação das bibliotecas por PCR quantitativo. Usando a Plataforma PLAZA, 78 % (764) das unisequências mostraram similaridade com proteínas de Arabidopsis thaliana, enquanto 87 % (866) delas apresentaram similaridade com proteínas putativas de diversas espécies vegetais, quando se utilizou Blast2GO. Na biblioteca forward, foram identificadas 73 proteínas relacionadas à resposta de defesa, dentre as quais estão proteínas envolvidas na sinalização intracelular, na ativação da transcrição e regulação da expressão de genes de defesa, bem como proteínas de defesa, de resistência e relacionadas à patogênese (PRs). Dentre os 22 transcritos validados, 95 % foram diferencialmente expressos em pelo menos um dos três períodos avaliados; os genes mais expressos em resposta à infecção pelo patógeno são os que codificam as enzimas lipoxigenase, (+)-neomentol desidrogenase e quitinase, as quais participam diretamente nas respostas de defesa vegetal. Dos genes cuja expressão foi mais reprimida, dois codificam proteínas relacionadas à fotossíntese e dois codificam proteínas envolvidas na detoxificação da amônia e do H2O2. Nossos resultados sugerem que a planta utiliza um arsenal de transcritos para responder à infecção; entretanto, este arsenal não é eficiente para impedir a ação do patógeno e, consequentemente, o desenvolvimento da bacteriose nas condições estudadas. Nosso estudo é inédito e gerou informações sobre a reprogramação transcricional durante a interação maracujá azedo-Xap, o que constitui um importante passo para o melhor entendimento sobre este patossistema. / Brazil is the main producer of yellow passion fruit (Passiflora edulis f. flavicarpa) worldwide, which is the most widely commercialized crop among the cultivated passifloras. The bacterial leaf spot induced by Xanthomonas axonopodis pv. passiflorae (Xap) is one of the most severe diseases of the crop, causing great losses to producers. Currently, we understand very little about the yellow passion fruit-Xap interaction. Therefore, the identification and characterization of genes involved in the defense process are important steps to support the development of resistant varieties. Thus, the objective of this study was identify and characterize differentially expressed genes during the defense response to Xap, as well as to measure their expression. For that, we constructed two subtractive cDNA libraries (the forward and the reverse) by performing the SSH method from leaf transcripts, which were inoculated with the pathogen or saline solution (control). After sequencing the clones and sequence data processing, sequences were assembled into unique sequences, which were annotated using the PLAZA Platform and the computational program Blast2GO. Genes involved in several biological processes were selected to validate the libraries by quantitative PCR. When PLAZA was used for sequence similarity searches, 78 % (764) of the yellow passion fruit unique sequences showed similarity to proteins of Arabidopsis thaliana; when Blast2GO was used, 87 % (866) of the unique sequences showed similarities to putative proteins of several plant species. For the forward library, 73 proteins related to defense response were identified, such as those involved in intracellular signaling, transcription activation and regulation of defense gene expression, as well as defense and resistance proteins, and pathogenesis-related proteins (PRs). Of the 22 validated transcripts, 95 % were differentially expressed during at least one of the three periods evaluated; the genes up-regulated in response to the pathogen infection were those that code for the enzymes lipoxygenase, (+)-neomenthol dehydrogenase and chitinase, which participate directly in plant-defense responses. Out of down-regulated genes, two code for photosynthesis-related proteins, and two for ammonia and H2O2 detoxification. Our results suggest the plant uses an arsenal of transcripts to respond to infection; however, this arsenal is not effective to prevent pathogen action and consequently the occurrence of bacterial leaf spot under the evaluated conditions. The present study is the first to produce information on the transcriptional reprogramming during the passion fruit-Xap interaction, which represents an important step for a better understanding of this pathosystem.

Cette thèse présente: 1) le développement d'une nouvelle approche pour trouver des associations directes entre des paires d'éléments liés indirectement à travers diverses caractéristiques communes, 2) l'utilisation de cette approche pour associer directement des fonctions biologiques aux domaines protéiques (ECDomainMiner et GODomainMiner) et pour découvrir des interactions domaine-domaine, et enfin 3) l'extension de cette approche pour annoter de manière complète à partir des domaines les structures et les séquences des protéines. Au total, 20 728 et 20 318 associations EC-Pfam et GO-Pfam non redondantes ont été découvertes, avec des F-mesures de plus de 0,95 par rapport à un ensemble de référence Gold Standard extrait d'une source d'associations connues (InterPro). Par rapport à environ 1500 associations déterminées manuellement dans InterPro, ECDomainMiner et GODomainMiner produisent une augmentation de 13 fois le nombre d'associations EC-Pfam et GO-Pfam disponibles. Ces associations domaine-fonction sont ensuite utilisées pour annoter des milliers de structures de protéines et des millions de séquences de protéines pour lesquelles leur composition de domaine est connue mais qui manquent actuellement d'annotations fonctionnelles. En utilisant des associations de domaines ayant acquis des annotations fonctionnelles inférées, et en tenant compte des informations de taxonomie, des milliers de règles d'annotation ont été générées automatiquement. Ensuite, ces règles ont été utilisées pour annoter des séquences de protéines dans la base de données TrEMBL / This thesis presents: 1) the development of a novel approach to find direct associations between pairs of elements linked indirectly through various common features, 2) the use of this approach to directly associate biological functions to protein domains (ECDomainMiner and GODomainMiner), and to discover domain-domain interactions, and finally 3) the extension of this approach to comprehensively annotate protein structures and sequences. ECDomainMiner and GODomainMiner are two applications to discover new associations between EC Numbers and GO terms to protein domains, respectively. They find a total of 20,728 and 20,318 non-redundant EC-Pfam and GO-Pfam associations, respectively, with F-measures of more than 0.95 with respect to a “Gold Standard” test set extracted from InterPro. Compared to around 1500 manually curated associations in InterPro, ECDomainMiner and GODomainMiner infer a 13-fold increase in the number of available EC-Pfam and GO-Pfam associations. These function-domain associations are then used to annotate thousands of protein structures and millions of protein sequences for which their domain composition is known but that currently lack experimental functional annotations. Using inferred function-domain associations and considering taxonomy information, thousands of annotation rules have automatically been generated. Then, these rules have been utilized to annotate millions of protein sequences in the TrEMBL database

O Brasil é o maior produtor mundial de maracujá azedo (Passiflora edulis f. flavicarpa) sendo esta a espécie de maior expressão comercial dentre as passifloras cultivadas. A bacteriose do maracujazeiro, causada por Xanthomonas axonopodis pv. passiflorae (Xap), é uma das doenças mais severas da cultura, acarretando grandes prejuízos aos produtores. Atualmente, é incipiente o conhecimento sobre a interação maracujá azedo-Xap. Diante disso, a identificação e a caracterização dos genes envolvidos no processo de defesa são passos importantes para dar suporte ao desenvolvimento de variedades resistentes. Assim, o objetivo deste trabalho foi identificar e caracterizar genes de maracujá azedo diferencialmente expressos durante a resposta de defesa à Xap, bem como mensurar a sua expressão. Para isso, foram construídas duas bibliotecas subtrativas de cDNA (forward e reverse) usando o método SSH a partir de transcritos de folhas, que foram inoculadas com o patógeno ou solução salina (controle). Após o sequenciamento dos clones, o processamento e a montagem das sequências, as unisequências foram anotadas através da Plataforma PLAZA e do programa computacional Blast2GO. Genes envolvidos em diversos processos biológicos foram selecionados para a validação das bibliotecas por PCR quantitativo. Usando a Plataforma PLAZA, 78 % (764) das unisequências mostraram similaridade com proteínas de Arabidopsis thaliana, enquanto 87 % (866) delas apresentaram similaridade com proteínas putativas de diversas espécies vegetais, quando se utilizou Blast2GO. Na biblioteca forward, foram identificadas 73 proteínas relacionadas à resposta de defesa, dentre as quais estão proteínas envolvidas na sinalização intracelular, na ativação da transcrição e regulação da expressão de genes de defesa, bem como proteínas de defesa, de resistência e relacionadas à patogênese (PRs). Dentre os 22 transcritos validados, 95 % foram diferencialmente expressos em pelo menos um dos três períodos avaliados; os genes mais expressos em resposta à infecção pelo patógeno são os que codificam as enzimas lipoxigenase, (+)-neomentol desidrogenase e quitinase, as quais participam diretamente nas respostas de defesa vegetal. Dos genes cuja expressão foi mais reprimida, dois codificam proteínas relacionadas à fotossíntese e dois codificam proteínas envolvidas na detoxificação da amônia e do H2O2. Nossos resultados sugerem que a planta utiliza um arsenal de transcritos para responder à infecção; entretanto, este arsenal não é eficiente para impedir a ação do patógeno e, consequentemente, o desenvolvimento da bacteriose nas condições estudadas. Nosso estudo é inédito e gerou informações sobre a reprogramação transcricional durante a interação maracujá azedo-Xap, o que constitui um importante passo para o melhor entendimento sobre este patossistema. / Brazil is the main producer of yellow passion fruit (Passiflora edulis f. flavicarpa) worldwide, which is the most widely commercialized crop among the cultivated passifloras. The bacterial leaf spot induced by Xanthomonas axonopodis pv. passiflorae (Xap) is one of the most severe diseases of the crop, causing great losses to producers. Currently, we understand very little about the yellow passion fruit-Xap interaction. Therefore, the identification and characterization of genes involved in the defense process are important steps to support the development of resistant varieties. Thus, the objective of this study was identify and characterize differentially expressed genes during the defense response to Xap, as well as to measure their expression. For that, we constructed two subtractive cDNA libraries (the forward and the reverse) by performing the SSH method from leaf transcripts, which were inoculated with the pathogen or saline solution (control). After sequencing the clones and sequence data processing, sequences were assembled into unique sequences, which were annotated using the PLAZA Platform and the computational program Blast2GO. Genes involved in several biological processes were selected to validate the libraries by quantitative PCR. When PLAZA was used for sequence similarity searches, 78 % (764) of the yellow passion fruit unique sequences showed similarity to proteins of Arabidopsis thaliana; when Blast2GO was used, 87 % (866) of the unique sequences showed similarities to putative proteins of several plant species. For the forward library, 73 proteins related to defense response were identified, such as those involved in intracellular signaling, transcription activation and regulation of defense gene expression, as well as defense and resistance proteins, and pathogenesis-related proteins (PRs). Of the 22 validated transcripts, 95 % were differentially expressed during at least one of the three periods evaluated; the genes up-regulated in response to the pathogen infection were those that code for the enzymes lipoxygenase, (+)-neomenthol dehydrogenase and chitinase, which participate directly in plant-defense responses. Out of down-regulated genes, two code for photosynthesis-related proteins, and two for ammonia and H2O2 detoxification. Our results suggest the plant uses an arsenal of transcripts to respond to infection; however, this arsenal is not effective to prevent pathogen action and consequently the occurrence of bacterial leaf spot under the evaluated conditions. The present study is the first to produce information on the transcriptional reprogramming during the passion fruit-Xap interaction, which represents an important step for a better understanding of this pathosystem.

Submitted by isabela.moljf@hotmail.com (isabela.moljf@hotmail.com) on 2017-06-21T14:43:48Z No. of bitstreams: 1 viniciuscariusdesouza.pdf: 3785363 bytes, checksum: 7063d6c5f5cef353643903ad5f125c48 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-08-07T19:09:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 viniciuscariusdesouza.pdf: 3785363 bytes, checksum: 7063d6c5f5cef353643903ad5f125c48 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-07T19:09:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 viniciuscariusdesouza.pdf: 3785363 bytes, checksum: 7063d6c5f5cef353643903ad5f125c48 (MD5) Previous issue date: 2016-03-03 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Lippia alba, popularmente conhecida por erva-cidreira, é uma espécie vegetal amplamente distribuída pelas Américas e encontrada praticamente em todo o território brasileiro. Esta espécie possui importante uso na medicina tradicional para o tratamento de cólicas, indigestão, náuseas, espasmos, diarreia, disenteria, doenças respiratórias, problemas hepáticos e no tratamento de sífilis e gonorreia. As folhas de L. alba, as quais são preparadas sob a forma de infusão ou decocção e ingeridas por via oral, produzem um óleo essencial rico em moléculas iso-prenóides denominadas terpenóides. Estes compostos não são apenas de interesse farmacológico, mas também industrial já que são usados na confecção de fragrâncias. A composição dos óleos essenciais pode variar em função de diferentes fatores abióticos e genotípicos, como por exemplo nível de ploidia. Neste contexto, os objetivos deste trabalho foram caracterizar o transcriptoma de folha da espécie L. alba e buscar sequencias putativas de enzimas envolvidas na produção de metabólitos secundários. O transcriptoma foi sequenciado pela plataforma Miseq (Illumina) com bibliotecas pairedend de 300 bp. O sequenciamento resultou em um total de 47.498.310 reads paired-end (23.749.155 reads para cada end sequenciado) de 35-308 bp, compreendendo 12.148.327.567 nucleotídeos (-12 Gb). A montagem de novo dos transcritos foi processada a partir do software Trinity que gerou 193.532 transcritos, sendo 128.209 unigenes, com o valor de N50 igual a 1.187 bp. Um total de 86.122 ORF (Open Read Frame) foi obtido e a seguir submetido ao algoritmo de alinhamentos BlastP, o qual encontrou 75.533 sequências com referência no banco de dados NR (Non-Redundant) de proteínas. Aproxima-damente, 78,4% dessas sequências foram anotadas funcionalmente a partir do pipeline utiliza-do pelo software Blast2GO. As análises das sequências anotadas revelaram prováveis enzimas para síntese de terpenóides como geraniol e linalol/nerolidol. Para validação da montagem e anotação, foram realizados ensaios de qPCR para amplificação de sequências de 13 genes para controles endógenos e 4 genes de terpeno sintases. Os resultados obtidos aqui corroboram outros estudos de transcriptoma de espécies não modelo usando tecnologias de sequenciamento de alto-desempenho. / Lippia alba, popularly known as erva-cidreira, is a widely distributed specie in Americas and it is found throughout Brazil. This specie has important using in popular medicine for cramp-ing, indigestion, nausea, diarrhea, dysentery, respiratory diseases, liver disorders treatment and infectious diseases such as syphilis and gonorrhea. The leaves of L. alba, which are pre-pared by infusion or decoction and orally ingested, producing an essential oil rich in terpene compounds. These compounds are of pharmacological and industrial interest, due to their use in fragrance preparation. Interestingly, the composition of essential oils change according to different abiotic factors and genetic variations such as ploidy level. In this context, the aims of this work were to characterize the transcriptome of leaves of L. alba (linalool chemotype) and to search putative enzymes sequences involved in production of secondary metabolites. The transcriptome was sequenced by Miseq platform (Illumina) running pair-end libraries 300 bp. The sequencing resulted in 47,498,310 reads (23,749,155 reads for each end sequenced) of 35-308 bp, comprising 12,148,327,567 nucleotides (-12 Gb). The de novo assembly of tran-scripts was processed by Trinity software and generated 193,532 transcripts, in 128,209 uni-genes, with N50 equal to 1,187 bp. 86,122 ORFs (Open Read Frame) were obtained and sub-mitted to BlastP algorithm, finding 75,533 sequences included in NR (Non-Redundant) pro-tein database. Approximately 78.4% of these sequences were functionally annotated using Blast2Go pipeline. Analysis of annotated sequences revealed putative enzymes for synthesis of terpenoids such as geraniol and linalool/nerolidol. For assembly and annotation validation, qPCR assay were realized by amplification of 13 endogenous control genes and 4 terpene synthases genes. The results found here corroborate transcriptome studies in non-model or-ganisms using high-performance sequencing technologies.

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Tesis por compendio / [ES] El pepino dulce (Solanum muricatum) y el tomate de árbol (S. betaceum) pertenecen al grupo de cultivos de la familia Solanaceae. Estos dos cultivos son originarios de América del Sur y actualmente se cultivan en varios países con climas tropicales, subtropicales y mediterráneos. Han sido infrautilizados durante mucho tiempo y han cobrado relevancia solo en los últimos años debido a su alta calidad nutricional. El pepino dulce exhibe niveles significativos de potasio, vitamina C y carotenoides y se informa que presenta propiedades antioxidantes, antidiabéticas, antiinflamatorias y antitumorales. Sus frutos se pueden consumir tanto como postre o en ensaladas. El tomate de árbol también destaca por su alto contenido en compuestos bioactivos como carotenoides, antocianinas, flavonoides y vitaminas. Varios productos como jugos, mermeladas, salsas y productos farmacéuticos son elaborados a partir de sus frutos. Debido a que estos cultivos se han introducido en nuevas regiones, donde pueden estar expuestos a estreses bióticos y abióticos que pueden amenazar su producción, y dado que el pepino dulce se ve especialmente afectado por la escasez de agua, fue necesario realizar un estudio para determinar la respuesta de siete cultivares de pepino dulce a parámetros fisiológicos y bioquímicos al estrés por sequía. Este trabajo puede ayudar a desarrollar programas de selección y mejoramiento que permitan generar nuevas variedades más tolerantes a la sequía. Por otro lado, en los países de clima mediterráneo, el pepino dulce se cultiva como cultivo protegido, aplicando las mismas técnicas agrícolas que otras solanáceas como el tomate y el pimiento. Estos sistemas agrícolas también brindan condiciones óptimas para el desarrollo de enfermedades como Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici (FOL), Verticillium dahliae (VE), virus del mosaico del pepino (PepMV) y virus del mosaico del tomate (ToMV), que potencialmente podrían causar grandes daños a los cultivos de pepino dulce. Por tal motivo, se realizó un estudio para evaluar la respuesta de una colección de pepino dulce y sus parientes silvestres contra estas cuatro enfermedades, y encontrar fuentes de resistencia/tolerancia a estos patógenos. Aunque el tomate de árbol es un cultivo frutal importante debido a su valor nutricional y efectos beneficiosos para la salud, actualmente no hay información genómica y transcriptómica disponible públicamente. Por lo tanto, fue fundamental secuenciar el transcriptoma de dos cultivares de tomate de árbol con frutos morados (A21) y frutos anaranjados (A23). Estos dos cultivares han sido ampliamente utilizados y cultivados comercialmente en países de la región andina como Ecuador y Colombia. La obtención del primer transcriptoma de tomate de árbol ha permitido realizar un estudio comparativo entre el tomate de árbol y sus especies cercanas, tomate y patata, identificar genes implicados en la ruta de biosíntesis de carotenoides y desarrollar marcadores de polimorfismo de nucleótido único (SNP). En general, esta Tesis Doctoral aporta información relevante sobre la respuesta del pepino a diversos estreses ambientales, que puede ser utilizada para el desarrollo de nuevas variedades de pepino resistentes a múltiples estreses. Mientras que en tomate de árbol, el desarrollo de herramientas genómicas acelerará los programas de mejoramiento. / [CA] El cogombre dolç (Solanum muricatum) i tomata d'arbre (S. betaceum) pertanyen al grup de cultius de la família Solanaceae. Aquests dos cultius són originaris d'Amèrica del Sud i actualment es cultiven en diversos països amb climes tropicals, subtropicals i mediterranis. Han sigut infrautilitzats durant molt de temps i han cobrat rellevància només en els últims anys a causa de la seua alta qualitat nutricional. El cogombre dolç exhibeix nivells significatius de potassi, vitamina C i carotenoides i s'informa que presenta propietats antioxidants, antidiabètiques, antiinflamatòries i antitumorals. Els seus fruits es poden consumir tant com postres o en ensalades. La tomaca d'arbre també destaca pel seu alt contingut en compostos bioactivos com carotenoides, antocianinas, flavonoides i vitamines. Dels seus fruits s'elaboren diversos productes com a sucs, melmelades, salses i productes farmacèutics. Pel fet que aquests cultius s'han introduït en noves regions on poden estar exposats a estressos biòtics i abiòtics que poden amenaçar la seua producció, atés que el cogombre es veu especialment afectat per l'escassetat d'aigua, va ser necessari realitzar un estudi per a determinar la resposta de set cultivars de cogombre dolç a paràmetres fisiològics i bioquímicos a l'estrés per sequera. Aquest treball pot ajudar a desenvolupar programes de selecció i millorament que permeten generar noves varietats més tolerants a la sequera. D'altra banda, als països de clima mediterrani, el cogombre dolç es cultiva com a cultiu protegit, aplicant les mateixes tècniques agrícoles que unes altres solanáceas com la tomaca i el pimentó. Aquests sistemes agrícoles també brinden condicions òptimes per al desenvolupament de malalties com Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici (FOL), Verticillium dahliae (VE), virus del mosaic del cogombre (PepMV) i virus del mosaic de la tomaca (ToMV), que potencialment podrien causar grans danys als cultius de cogombre dolç. Per tal motiu, es va realitzar un estudi per a avaluar la resposta d'una col·lecció de cogombre dolç i els seus parents silvestres contra aquestes quatre malalties, i trobar fonts de resistència/tolerància a aquests patògens. Encara que la tomaca d'arbre és un cultiu fruiter important a causa del seu valor nutricional i efectes beneficiosos per a la salut, actualment no hi ha informació genòmica i transcriptómica disponible públicament. Per tant, va ser fonamental seqüenciar el transcriptoma de dues cultivars de tomaca d'arbre amb fruits morats (A21) i fruits ataronjats (A23). Aquestes dues cultivars han sigut àmpliament utilitzats i cultivats comercialment en països de la regió andina com l'Equador i Colòmbia. L'obtenció del primer transcriptoma de tomaca d'arbre ha permés realitzar un estudi comparatiu entre la tomaca d'arbre i les seues espècies pròximes, tomaca i creïlla, identificar gens implicats en la ruta de biosíntesi de carotenoides i desenvolupar marcadors de polimorfisme de nucleòtid únic (SNP). En general, aquesta Tesi Doctoral aporta informació rellevant sobre la resposta del cogombre a diversos estressos ambientals, que pot ser utilitzada per al desenvolupament de noves varietats de cogombre resistents a múltiples estressos. Mentre que en tomaca d'arbre, el desenvolupament d'eines genòmiques accelerarà els programes de millorament. / [EN] Pepino (Solanum muricatum) and tree tomato (S. betaceum) belong to the group of crops of the Solanaceae family. These two crops are native to South America and currently are grown in various countries with tropical, subtropical and Mediterranean climates. They have been underutilized for a long time and have become relevant only in recent years due to their high nutritional quality. Pepino exhibit significant levels of potassium, vitamin C and carotenoids and it is reported to present antioxidant, antidiabetic, anti-inflammatory and antitumor properties. Its fruits can be consumed both as a dessert or in salads. Tree tomato also highlights high content of bioactive compounds such as carotenoids, anthocyanins, flavonoids and vitamins. Severals products such as juices, jams, sauces and pharmaceutical products are made from its fruits. Due to these crops have been introduced into new regions, where they may be exposed to biotic and abiotic stresses that can threaten their production, and since pepino is specially affected by water scarcity, a study was needed to determine the response of seven pepino cultivars to physiological and biochemical parameters to drought stress. This work can help develop selection and improvement programs that allow the generation of new varieties that are more tolerant to drought. On the other hand, in countries with a Mediterranean climate, pepino is grown as a protected crop, applying the same agricultural techniques as other solanaceous plants such as tomato and pepper. These agricultural systems also provide optimal conditions for the development of diseases such as Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici (FOL), Verticillium dahliae (VE), pepino mosaic virus (PepMV) and tomato mosaic virus (ToMV), which could potentially cause great damage to pepino crops. For this reason, a study was performed to evaluate the response of a collection of pepino and their wild relatives against these four diseases, and find sources of resistance/tolerance to those pathogens. Although tree tomato is an important fruit crop due to its nutritional value and beneficial health effects, there is currently no publicly available genomic and transcriptomic information. Therefore, it was essential to sequence the transcriptome of two tree tomato cultivars with purple fruits (A21) and orange fruits (A23). These two cultivars have been widely used and cultivated commercially in countries of the Andean region such as Ecuador and Colombia. Obtaining the first tree tomato transcriptome has made it possible to perform a comparative study between tree tomato and its close species, tomato and potato, identify genes involved in the carotenoid biosynthesis pathway, and develop single nucleotide polymorphism (SNP) markers. In general, this Doctoral Thesis provides relevant information on the response of pepino to various environmental stresses, which can be used for the development of new varieties of pepino resistant to multiple stresses. While in tree tomato, the development of genomic tools will accelerating up breeding programs. / Pacheco Toabanda, JE. (2022). Development of Biotechnological Tools for the Genetic Improvement of Pepino (Solanum Muricatum) and Tree Tomato (S.betaceum) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/189205 / Compendio

The Transcription Start Site Associated non-coding RNAs (TSSaRNAs) have been predicted across the three domain of life. However, still, there are no reliable annotation efforts to identify their biological functions and their underline molecular machinery. Therefore, this project addresses the question of what are the potential functions of TSSaRNAs regarding their roles in addressing the cellular functions. To answer this question, we aimed to accurately identify TSSaRNAs in the model organism Halobacterium salinarum NRC-1 (an Archean microorganism) that incubated at the standard growth condition. Consequently, we aimed to investigate TSSaRNAs structural stability in the term of the thermodynamic energies. Moreover, we attempted to functionally annotate TSSaRNAs based on Rfam functional classification of non-coding RNAs. Based on the statistical approach we developed an algorithm to predict TSSaRNA using next-generation RNA sequencing data (RNA-Seq). To perform structural annotation of TSSaRNAs, we investigated the structural stability of TSSaRNAs by modeling the secondary structures by minimizing the thermodynamic free energy. We simulated TSSaRNAs tertiary structures based on the secondary structures constrain using the Rosetta-Common RNA tool. The structures of the minimum free energy supposed to be biophysically stable structures. To investigate the higher order structures of TSSaRNAs, we studied the hybridization between TSSaRNAs and their cognate genes as part of RNA based regulation system. Also, based on our hypothesis that TSSaRNAs may bind to protein to trigger their function, we have investigated the interaction between TSSaRNAs and Lsm protein which known as a chaperone protein that mediates RNA function and involved in RNA processing. Our pipeline to perform the functional annotation of TSSaRNAs aimed to classify TSSaRNAs into their corresponding Rfam families based on two steps: either through querying TSSaRNAs sequences against the co-variance models of Rfam families or by querying the Rfam sequences against the co-variance models of the consensus secondary structures in TSSaRNAs. The results showed that the prediction algorithm has succeeded to identify a total of 224 TSSaRNAs that expressed in the same strand of the mRNAs and 58 TSSaRNAs that expressed as antisense of the mRNAs. The identified TSSaRNAs molecules showed a median length of 25 nucleotides. Regarding the structural annotation of TSSaRNAs, the results showed that most of TSSaRNAs possessed thermodynamically stable secondary structures and their tertiary structures were capable of forming more complex structures through binding with other biomolecules. About the formation of higher-order structures, we have observed that most of TSSaRNAs (92.2%) were capable of hybridizing into their cognate genes also 55 TSSaRNAs indicated putative interactions with Lsm protein. Furthermore, the computation docking experiments demonstrated the TSSaRNAs-Lsm complexes associated with favorable binding energy of a median of -542900 kcal mole -¹. Regarding the functional annotation of TSSaRNAs, the results showed that the majority of TSSaRNAs (42.05%) considered as potential cis-acting regulators such as cis-regulatory element and sRNAs, but still, there are potential trans-acting regulators to regulate distant molecules such as CRISPR and antisense RNA. Moreover, the results indicated that TSSaRNAs could trigger more complex function as a catalytic function such as Riboswitch or to play a role in the defense against a virus such as CRISPR. As a conclusion; based on the results of this study we could state that TSSaRNAs have several potential functions opening the experimental validation perspective. / Os RNA não codificantes associados ao sítio de início da transcrição - em inglês, transcription start site associated non-coding RNAs (TSSaRNA) - foram observados nos três domínios da vida. No entanto, sem esforço confiável de anotação para identificar suas funções biológicas e seus mecanismos moleculares. Portanto, esse projeto levanta a questão de quais são as funções em potencial dos TSSaRNAs a respeito de seus papeis nas funções celulares. Para responder esta questão, nós objetivamos em identificar de forma eficaz os TSSaRNAs no organismo modelo Halobacterium salinarum NRC-1 (um microrganismo do domínio Arqueia) encubado em uma condição de crescimento padrão. Consequentemente, nós investigamos a estabilidade estrutural dos TSSaRNAs em relação a energias termodinâmicas. Ainda, fizemos a anotação funcional dos TSSaRNAs baseado na classificação funcional Rfam dos RNAs não-codificantes. Baseada em uma abordagem estatística nós desenvolvemos um algoritmo para predizer TSSaRNA usando dados de sequenciamento de RNA de nova geração (RNA-Seq). Para investigar a estabilidade estrutural dos TSSaRNAs nós modelamos as estruturas secundárias minimizando a energia livre termodinâmica para alcançar a estrutura mais estável biofisicamente. Nós simulamos estruturas terciárias de TSSaRNAs baseado nas restrições das estruturas secundárias usando a ferramenta Rosetta-Common RNA. As estruturas de energia livre mínima seriam supostamente estruturas estáveis biofisicamente. Para investigar as estruturas de ordem superior (quaternária) dos TSSaRNAs, nós estudamos a hibridização entre os TSSaRNAs e seus genes cognatos como parte de um possível sistema de regulação baseado em RNA. Ainda, baseada na hipótese que os TSSaRNAs podem ligar à proteína para habilitar sua função, nós investigamos a interação entre TSSaRNAs e proteína Lsm que é conhecida por ser uma proteína chaperone que media função do RNA e está envolvida no processamento do RNA. Nosso pipeline para executar a anotação funcional dos TSSaRNAs objetivou classificar as TSSaRNAs em suas correspondentes classes Rfam baseado em dois passos: por meio de consulta das sequências TSSaRNA em relação a modelos de covariância de famílias Rfam ou por consulta de sequências Rfam em relação a modelos de covariância das estruturas de secundárias de consenso das estruturas secundárias nos TSSaRNAs. Os resultados mostraram que o algoritmo de detecção teve sucesso em identificar um total de 224 TSSaRNAs que expressaram na mesma direção dos mRNAs e 58 TSSaRNAs que expressaram no sentido oposto (antisenso) dos mRNAs. As moléculas TSSaRNAs identificadas mostraram um comprimento mediano de 25 nucleotídeos. A respeito da anotação estrutural dos TSSaRNAs, os resultados mostraram que a maioria dos TSSaRNAs possuíam estruturas secundárias estáveis termodinamicamente e suas estruturas terciárias foram capazes de formar estruturas mais complexas por meio de vínculos com outras biomoléculas. Quanto à formação de estruturas de maior de estruturas de alta ordem nos observamos que a maioria dos TSSaRNAs (92.2%) são capazes, pelo menos em princípio, de hibridizar em seus genes cognatos e, também, 55 TSSaRNAs evidenciaram interagir com a proteína Lsm. Além disso, os experimentos computacionais de docking demonstratam os complexos TSSaRNAs-Lsm associados com energia de ligação favorável com uma média de - 542900 kcal mole -¹. Quanto à anotação funcional dos TSSaRNAs, os resultados mostraram que a maioria dos TSSaRNAs (42.05%) podem ser consideradas potenciais reguladores atuando em cis tais como elemento cis-regulamentar e sRNAs, mas ainda há pontenciais reguladores atuando em trans para regular moléculas em loci distantes, tais como CRISPR e RNA antisense. Além disso, os resultados mostraram que TSSaRNAs podem potencialmente ativar funções mais complexas como uma função catalítica, tal como Riboswitch ou executar um papel de defesa contra vírus, tal como CRISPR. Como conclusão; baseado nos resultados desse estudo, nós podemos afirmar que TSSaRNAs possuem várias funções em potencial abrindo a perspecitiva de validação experimental.