Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Ciências da Saúde, Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde, 2018. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e Fundação de Apoio à Pesquisa do Distrito Federal (FAP-DF). / CAPÍTULO I: Neste trabalho, foi estudada uma família na qual 3 irmãs apresentaram amenorréia primária por provável alteração na formação dos ductos de Müller (DMs), caracterizada por hipoplasia uterina, endométrio não responsivo a estrógenos e gestações tubárias. Através de sequenciamento exômico amplo seguido por análise genética abrangente foi identificado uma mutação em homozigose no gene Odd-skipped related 1 gene (OSR1), p.V108F. Para esclarecer os efeitos do Osr1 no desenvolvimento dos DMs, foram investigados o padrão de expressão pré-natal e pós-natal de Osr1/Osr1 nos DMs e endométrio, respectivamente, e se a deleção de Osr1 poderia afetar o desenvolvimento dos DMs, através do uso de camundongos geneticamente modificados. Foi demonstrado que o Osr1 é expresso nos DMs e nos ductos de Wolff (DWs) de embriões com 13,5 dias de gestação (E13,5). Curiosamente, os DMs não foram observados no lado esquerdo e estavam truncados rostralmente no lado direito de E13,5 Osr1 -/- nocautes. Após o nascimento, o Osr1 é expresso no útero de camundongos selvagens ao longo de todo o desenvolvimento, com expressão mais acentuada em dois períodos distintos, aos 14 dias pós natais (PND14) e PND28-PND35, que correspondem à adenogênese endometrial e o início da puberdade, respectivamente. No útero adulto, a proteína Osr1 é expressa principalmente nas células epiteliais luminais e glandulares do endométrio, como também no epitélio dos ovidutos, sendo observada menor expressão no estroma endometrial. Através de uma abordagem translacional, demonstramos que OSR1 é um novo candidato entre os fatores moleculares que modulam a formação e diferenciação de estruturas derivadas dos DMs. CAPÍTULO II: No presente estudo, foram investigados comparativamente o padrão de expressão de Mkrn3 no hipotálamo com as gônadas masculinas e femininas. Além disso, foram abordados o padrão de expressão temporo-espacial desta proteína durante o desenvolvimento sexual, e se ela é regulada nos compartimentos testiculares pelas gonadotrofinas. A quantificação por qPCR mostrou que os níveis de mRNA de Mkrn3 foram detectados em testículos e ovários de camundongos selvagens em todas as idades avaliadas, entretanto, o padrão de expressão de Mkrn3 foi dimórfico entre gônadas masculinas e femininas ao longo da vida. Curiosamente, a expressão de Mkrn3 foi maior entre PND28 e PND35 nos testículos, enquanto que nos ovários atingiu os menores níveis durante o mesmo período. Adicionalmente, a coloração de X-gal em cortes de testículos provenientes de camundongos Mkrn3-LacZ adultos mostrou que o Mkrn3 é principalmente localizado no compartimento intersticial, especificamente em células de Leydig, mas também foi detectado nos túbulos seminíferos com menor expressão. Estudos in vitro e in vivo demonstraram que o RNAm de Mkrn3 aumentou em culturas primárias de células de Leydig tratadas com hCG. Além disso, a administração aguda de agonista de GnRH em camundongos selvagens adultos aumentou a expressão de Mkrn3 nos testículos, enquanto a inibição do eixo HPG pela mesma substância administrada de forma crônica levou ao efeito oposto. Por fim, no grupo de animais que receberam injeção de hCG após a inibição do eixo HPG, foi observado aumento na expressão de Mkrn3. Em conjunto, análises de expressão durante o desenvolvimento e estudos in vitro e in vivo mostraram que o Mkrn3 é produzido nos testículos, predominantemente nas células de Leydig, e que sua expressão de RNAm aumenta após a puberdade e é responsiva à ativação do receptor LH/hCG. / CHAPTER I: We present a family in which three sisters had a Mullerian Duct (MD) anomaly characterized by uterine hypoplasia, estrogen-unresponsive endometrium, primary amenorrhea, but spontaneous tubal pregnancies. Whole Exome Sequencing followed by comprehensive genetic analysis identified a novel homozygous variant in Odd-skipped related 1 gene (OSR1), p.V108F. To clarify the effects of Osr1 on MD development, we investigated prenatal and postnatal expression patterns of Osr1/Osr1 in the MDs and endometrium, respectively, and whether Osr1 deletion affects MD development, using genetically engineered mice. We showed that Osr1 is expressed in the MDs and Wolffian ducts (WDs) of E13.5 embryos. Interestingly, MDs are absent on the left side, and rostrally truncated on the right side of E13.5 Osr1-/-knockouts. Osr1 is expressed lifelong in WT mice uterus with two distinct peaks at PND14 and PND28-PND35, which correspond to endometrial adenogenesis and puberty initiation, respectively. Osr1 is expressed mainly in endometrial luminal and glandular epithelial cells, and less in stroma, with a high expression in oviduct epithelium. This pair-rule gene plays critical roles on embryonic patterning and tissue morphogenesis. Through a translational approach, we demonstrated that OSR1 is a novel candidate among the molecular factors that modulate the formation and differentiation of MD-derived structures.CHAPTER II: In the present study, we comparatively investigated the behavior of Mkrn3 expression in the hypothalamus versus male and female gonads. We also addressed the temporo-spatial expression pattern of this protein during sexual development, and whether it is regulated in the functional testicular compartments by gonadotropins. Quantification by qPCR showed that Mkrn3 mRNA levels was detected in testes and ovaries of wild-type mice at all ages evaluated, however, the pattern of Mkrn3 expression across lifespan differed between male and female gonads. Interestingly, Mkrn3 expression was highest by PN28 to PN35 in the testes, whereas it reached the nadir at the same postnatal ages in the ovaries. Moreover, X-gal staining of testes sections from adult Mkrn3-LacZ reporter mice showed that Mkrn3 is expressed mainly in the interstitial compartment, specifically in Leydig cells, but was also mildly detected in the seminiferous tubules. In vitro and in vivo studies demonstrated that the Mkrn3 mRNA levels increased in hCG-treated Leydig cells primary cultures. Furthermore, the acute administration of LHRH agonist in adult wild-type mice increased Mkrn3 expression in testes and the inhibition of the HPG axis, by chronic administration of LHRH agonist, leads to the opposite effect. Finally, the rescue of Mkrn3 expression was observed in the group of animals that received hCG injection after completing the HPG downregulation phase. Taken together, our developmental expression analyses, in vitro and in vivo studies showed that Mkrn3 is produced in the testis, predominantly in the Leydig cells, and that its mRNA expression increases after puberty and is responsive to LH/hCG receptor activation.

O cultivo da soja (Glycine max (L.) Merr.) em áreas de várzea surgiu como alternativa à monocultura de arroz, uma vez que cultivares com diferentes níveis de tolerância ao alagamento do solo foram identificadas. As tecnologias de sequenciamento de nova geração apresentam como vantagens o elevado volume de informações obtidas e uma visão direta na variação do DNA. Assim, é possível identificar polimorfismos e diferenciar genótipos quanto à característica de interesse. O objetivo deste trabalho foi ressequenciar e montar o genoma de duas cultivares de soja contrastantes para o caráter tolerância ao alagamento do solo, avaliar a expressão de genes candidatos e identificar alterações não sinônimas nas sequências gênicas. O DNA total das cultivares Introdução 27 (tolerante) e BRS 154 (sensível) foi extraído de folhas jovens. Ao DNA fragmentado e purificado foram adicionados indexadores e adaptadores conhecidos. Fragmentos com ~300pb foram selecionados e então realizado o sequenciamento pareado. As leituras de sequenciamento foram submetidas à verificação de qualidade das bases e a montagem foi realizada com os montadores ABySS, SOAPdenovo e a combinação Velvet e SSPACE. Para análise de RTqPCR foram escolhidos como candidatos à tolerância ao encharcamento do solo genes relacionados a rotas de captação de energia (ENO, ADH1, ALAT2 e GLB1), formação de estruturas associadas ao estresse (XETP e LBD41) e detoxificação celular (APX2). O alinhamento dos scaffolds gerados pelo montador AbySS e o genoma de referência da cv. Williams 82 foi realizado para reconstruir a sequência destes genes e as alterações não sinônimas foram identificadas. O sequenciamento gerou em média 111 milhões de leituras pareadas. A distribuição da qualidade das bases nas leituras foi elevada (e≥28) e adaptadores residuais não foram identificados. O programa ABySS mostrou maior eficiência na montagem dos genomas das cultivares Introdução 27 e BRS 154, gerando scaffolds maiores, com tamanho total de 1,024Gb e 1,020Gb, respectivamente. A taxa de alinhamento global das leituras com o genoma de referência foi de 97%. De maneira geral, a cultivar Introdução 27 apresentou maior expressão relativa de todos os genes avaliados. Alteração não sinônima entre os genótipos estudados foi constatada apenas no gene APX2 e diferenças na região promotora associada ao estresse foi constatada apenas no gene ALAT2. Dessa forma, não foi possível explicar as diferenças de expressão observadas, sugerindo uma maior complexidade do caráter estudado. / Soybean (Glycine max (L.) Merr.) in lowland areas emerged as alternative to rice monoculture, since cultivars with different levels of soil flooding tolerance have been identified. The next generation sequencing technologies generates high volume of data and a direct view of DNA variation. So, it is possible to identify polymorphisms and differentiate genotypes for traits of interest. The objective of this work was to resequence and assemble the genome of two contrasting soybean cultivars to soil flooding, to evaluate the expression of candidate genes and to identify non-synonymous changes in these gene sequences. Whole DNA of Introduction 27 and BRS 154 cultivars was extracted from young leaves. Indexers and adapters were added to fragmented and purified DNA. Fragments with ~300bp were selected and then pair-end sequencing was performed. Reads of sequencing were submitted to bases quality check and the assembly was performed with the ABySS, SOAPdenovo assemblers and the combination of Velvet and SSPACE. Candidate genes to soil flooding tolerance were submitted to RT-qPCR analysis. These genes were related to energy uptake routes (ENO, ADH1, ALAT2 and GLB1), formation of stress-associated structures (XETP and LBD41) and cell detoxification (APX2). The alignment of the scaffolds generated by the AbySS assembler and the cv. Williams 82 was performed to reconstruct the sequence of these genes and the non-synonymous changes were identified. Sequencing generated on average 111 million pair-end reads. The distribution of base quality in the reads was high (e≥28) and residual adapters were not identified. The ABySS program showed higher efficiency in assembling the genomes of Introduction 27 and BRS 154 cultivars, generating larger scaffolds, with a total size of 1.024Gb and 1.020Gb, respectively. The overall rate of alignment to reads with reference genome was 97%. In general, Introduction 27 cultivar presented the highest relative expression of all evaluated genes. Non-synonym alteration among the studied genotypes was observed only in the APX2 gene and differences in the promoter region associated with stress were found only in the ALAT2 gene. This way, was not possible to explain the differences in expression observed, suggesting a larger complexity in the studied trait.

Os leiomiomas são neoplasias benignas comuns do sistema reprodutivo feminino e são encontrados em até 50% das mulheres em idade reprodutiva. As causas e os mecanismos de desenvolvimento desse tumor não estão bem estabelecidos; eventuais descontroles nos percursos apoptóticos e influências dos hormônios esteróides ovarianos devem estar envolvidos. O objetivo deste trabalho foi examinar a expressão do gene e da proteína das isoformas A e B do receptor de progesterona, de p53 e de p21 em miométrio e leiomioma uterino. Foram obtidas amostras de 14 pacientes em idade reprodutiva que se submeteram à histerectomia abdominal por leiomiomatose. Os tecidos foram submetidos à extração de mRNA com o uso de Trizol®, para análise da expressão gênica pela técnica de RT-PCR, e à extração de proteínas, para análise de expressão proteica pela técnica de Western Blot. Não foram observadas diferenças nos níveis de expressão de mRNA para PRAB, PRB e nos níveis proteicos dos PRs entre o miométrio e o leiomioma uterino. Não houve correlação entre a fase do ciclo menstrual e os receptores de progesterona. A relação entre as isoformas (PRA:PRB) não foi diferente entre os tecidos e mostrou uma forte correlação entre ambos (r=0,767, P=0,004). As análises da expressão gênica e proteica mostraram aumento nos níveis de mRNA e de proteína de p53 no leiomioma comparado ao miométrio (P=0,030 e P=0,002, respectivamente). O mesmo aumento foi observado nos níveis de mRNA de p21 (P=0,016) e nos níveis proteicos de p21 (P=0,026) nas amostras de leiomioma uterino. As expressões gênica e proteica inalteradas dos PRs são características das doenças benignas, como a leiomiomatose; alterações da relação PRA:PRB são observadas em neoplasias malignas. Já o aumento significativo observado nos níveis de mRNA e de proteína de p53 e p21 em leiomiomas indica uma possível participação destes genes no desenvolvimento desse tumor podendo estar relacionado à estabilização funcional e detenção de possíveis danos, evitando a transformação carcinogênica. / Leiomyomas are common benign neoplasms of the female reproductive system and they are found in up to 50% of women of reproductive age. The causes and mechanisms of the development of this tumor are not well established. Occasional lack of control in apoptotic pathways and influences of ovarian steroid hormones must be involved. The aim of this study was to examine the expression of gene and protein progesterone receptor isoforms A and B, p53 and p21 in uterine leiomyoma and myometrium. Samples of 14 reproductive-age patients, submitted to abdominal hysterectomy due to leiomyomatosis, were obtained. The tissues were submitted to mRNA extraction using Trizol® for gene expression analysis through the RT-PCR technique, and protein extraction for protein expression analysis was developed through the Western blot technique. There were not significant differences in levels of mRNA expression for PRAB, PRB and PRs protein between the myometrium and uterine leiomyoma. It was not found any correlation between the menstrual cycle phase and progesterone receptors. The relationship between the isoforms (PRA: PRB) was not different in the tissues and it was observed a strong correlation (r = 0.767, P = 0.004) between them. The analysis of gene and protein expression showed an increase in levels of mRNA and p53 protein in leiomyoma when compared to myometrium (P = 0.030 and P = 0.002). The same increase was observed in the p21 mRNA levels (P = 0.016) and in the p21 protein levels (P = 0.026) in the samples of uterine leiomyoma. The unchanged gene and protein expressions of PRs are characteristic of benign diseases such as leiomyomatosis, and alterations in PRA: PRB relationship are observed in malignant neoplasms. However, the significant increase observed in the levels of mRNA and p53 and p21 protein in leiomyomas indicates a possible participation of those genes in the development of that tumor, which can be related to functional stabilization and retention of possible damage, avoiding the carcinogenic transformation.

Submitted by Bruno Martinucci null (martinucci.bruno@ibb.unesp.br) on 2017-03-23T12:44:49Z No. of bitstreams: 1 Dissertação.pdf: 4223949 bytes, checksum: 231b0f2acac0e4ee8296d480b95afa5d (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-03-23T15:00:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 martinucci_b_me_bot.pdf: 4223949 bytes, checksum: 231b0f2acac0e4ee8296d480b95afa5d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-23T15:00:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 martinucci_b_me_bot.pdf: 4223949 bytes, checksum: 231b0f2acac0e4ee8296d480b95afa5d (MD5) Previous issue date: 2017-02-06 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / O câncer de próstata (CaP) continua a ser uma das principais causas de morte entre os homens. Mesmo com suas altas taxas de mortalidade e incidência, pouco ainda se sabe sobre os aspectos moleculares desta doença. Entre os diversos fatores envolvidos na carcinogênese prostática, elementos da matriz extracelular (MEC) desempenham papel fundamental. Na próstata, a fibronectina (FN), proteína multimodular que tem sido relacionada ao desenvolvimento de múltiplos tipos de câncer, a migração e invasão celular, tem sua expressão restrita ao compartimento estromal. Contudo, no desenvolvimento tumoral, o padrão de expressão da FN é alterado, com secreção desregulada e falta de organização da matriz. Desta forma, para investigar o impacto da FN no CaP, as células neoplásicas LNCaP foram expostas somente à FN solúvel (25μg/mL) e em combinação com uma membrana basal. Nossos resultados demonstraram que quando a FN é o elemento predominante, as células tumorais desenvolvem um comportamento invasivo e resistência à apoptose. No entanto, na presença de uma membrana basal, a FN diminuiu o potencial maligno e metastático destas células, que neste novo ambiente exibiam perfil de expressão gênica mais semelhante às células RWPE-1, linhagem celular que ilustra as características do epitélio prostático normal. Consequentemente, sabendo que a relação entre as células tumorais e a MEC é regulada em múltiplos níveis, os microRNAs emergiram como importantes moléculas reguladoras. Portanto, também investigamos o impacto da FN na expressão de miRNAs em células LNCaP e PC-3. Nossos resultados mostraram que cinco miRNAs apresentavam expressão diferencial (miR-21, miR-29b, miR-125b, miR-221 e miR-222) após exposição à FN. Para uma análise mais profunda, analisamos a expressão regular de possíveis mRNAs alvos destes miRNAs em dados de RNAseq disponíveis, construímos redes de interação protéica baseadas no banco de dados STRING e realizamos as análises de enriquecimentos de via e de função gênica para avaliarmos de maneira mais abrangente os possíveis efeitos desta proteína. De maneira geral, nosso estudo mostrou que a FN pode estar envolvido na progressão do CaP através da modulação de vias de sinalização, como PI3K/AKT, resposta a drogas e hipóxia. Desta forma, acreditamos que nossos resultados fornecem a base para estudos futuros, abordando o papel da FN no crescimento tumoral, particularmente no contexto de evolução/progressão do câncer de um tumor primário sólido para um estado circulante transitório. / Prostate cancer (PCa) continues to be a leading cause of death among men. Even with its high mortality and incidence rates, little is known about the molecular aspects of this disease. Among the various factors involved in the carcinogenesis of the prostate, components of the extracellular matrix (ECM) play key roles. In the prostate, fibronectin (FN), a multimodular protein that has been linked to the development of multiple cancers and involved with cell migration and invasion, has its expression restricted to the stromal compartment. However, in tumor development, the pattern of expression of FN becomes altered, with deregulated secretion and a lack of matrix organization. Thus, in order to investigate the impact of FN on PCa, the neoplastic cells LNCaP were exposed only to soluble FN (25μg/mL) or in combination with a basement membrane. Our results demonstrated that when FN is the predominant element, tumor cells develop an invasive behavior and become resistant to apoptosis. However, in the presence of a basement membrane, FN decreases the malignant and metastatic potential of these cells, which in this new environment displayed a gene expression profile more similar to the RWPE- 1 cells, a cell line that illustrates the characteristics of the normal prostate epithelium. Consequently, knowing that the relationship between tumor cells and the ECM is regulated at multiple levels, microRNAs have emerged as important regulatory molecules. Therefore, we also investigated the impact of FN on the expression of miRNAs in LNCaP and PC-3 cells. Our results showed that five miRNAs exhibited differential expression (miR-21, miR-29b, miR- 125b, miR-221 and miR-222) after exposure to FN. For a more in-depth analysis, we analyzed the basal expression of mRNAs possibly targeted by these miRNAs in published RNAseq data, constructed protein interactions networks based on the STRING database, and performed pathway enrichment and gene function analyzes to evaluate more comprehensively the possible effects of this protein. Overall, our study showed that FN may be involved in the progression of PCa through the modulation of signaling pathways, such as PI3K/AKT, drug response and hypoxia. Thus, we believe that our results provide the basis for future studies addressing the role of FN in tumor development, particularly in the context of cancer progression from a solid primary tumor to a transient circulating state. / FAPESP: 2014/25702-0

Os projetos para estudo de genomas ou genes expressos partem de uma etapa de seqüenciamento no qual são gerados em laboratório dados brutos, ou seja, seqüências de DNA sem significado biológico. Estas seqüências de DNA possuem códigos responsáveis pela produção de RNAs e proteínas. O grande desafio dos pesquisadores consiste em analisar essas seqüências e obter informações biologicamente relevantes. Durante esta análise diversos programas de computador, além de um grande volume de dados armazenados em fontes de dados biológicas, são utilizados. Assim sendo, o presente trabalho prop6s a elaboração de um sistema computacional que permite a análise de dados sobre biologia molecular e facilite a instanciação do software dependendo do ambiente de trabalho e tipo de projeto de análise. Para este sistema foi dado o nome de Sistema de Gerenciamento de Análise de Dados por Bioinformática - SGADBio. O trabalho apresenta o desenvolvimento do sistema baseado em metodologias de Engenharia de Software, além dos módulos e funções disponíveis. Seqüências oriundas de um projeto de ESTs do fungo dermatófito Trichophyton rubrum, geradas em um laboratório de biologia molecular, foram submetidas ao sistema para análise. Os resultados são expressivos, demonstrando que o sistema é adequado e capaz de adaptar se a projetos envolvendo seqüenciamento / Projects involving the study of genomes and expressed genes typically initiate with the raw data generated by laboratory sequencing of DNA, devoid of any biological meaning. However, such sequences contain the codes for the production of RNAs and proteins. One of the great challenges faced by researchers is the analysis of such sequences in order to obtain biologically meaningful information. Several computer programs and auxiliary databases are used for that purpose. The present work reports on the development of a computational system capable of supporting biology data analysis and it can be instantiated in order to suit specific working environments and analyses projects. This system has been called Management and Data Analysis System for Applications in Bioinformatics- SGADBio. This work presents the development of the system based on Software Engineering methodologies, as well as the involved modules and functionalities. Sequences from an EST project involving the dermatophyte fungus Trichophyton rubrum, generated in a molecular biology laboratory, were submitted to the system for analysis. The results are expressive, corroborating the versatility of the system for adaptation to sequencing projects

A diapausa é um fenômeno amplamente presente nos artrópodes e é considerada como primordial para o sucesso evolutivo da Classe Insecta, pois possibilita a sobrevivência em condições adversas, como estações frias e secas. Sabe-se que durante a diapausa ocorre o silenciamento de muitos genes e que outros são unicamente expressos nesta fase. Embora existam evidências de que o processo da diapausa tenha se mantido conservado durante a evolução das espécies, ainda há lacunas no conhecimento sobre o nível de conservação dos padrões metabólicos. Um bom modelo para se estudar a diapausa é Tetrapedia diversipes, uma espécie bivoltina de abelha solitária. Os indivíduos que nascem na primeira geração seguem o desenvolvimento desde ovo até adulto em tempo bem menor do que aqueles que nascem na segunda geração; estes retardam o desenvolvimento na fase larval. Além disso, essa espécie é de fácil obtenção no seu ambiente natural, pois apresenta alta taxa de nidificação em ninhos-armadilha. O objetivo deste trabalho foi comparar o perfil de expressão de genes entre as larvas da 1ª geração (que não entram em diapausa), larvas da 2ª geração (que entrariam em diapausa) e das larvas em diapausa. Foram identificados 196 genes diferencialmente expressos, destes 87 foram anotados. Muitos destes genes já foram descritos na literatura como relacionados à diapausa em outras espécies, no entanto, o padrão de expressão não é conservado. Os genes aqui identificados foram divididos em cinco grupos: relacionados à desintoxicação celular, cutícula e citoesqueleto, metabolismo de lipídeos e esteróis, ciclo celular e outros genes relacionados à diapausa / The diapause is broadly distributed among the arthropods and has had an important role for the evolutionary success of the Class Insecta, mainly because this process permits insects to explore adverse conditions, such as cold and dry seasons. It is known that there are many genes being silenced and others being uniquely expressed during diapause. And although there are evidences that the diapause process has remained conserved during the evolution of species, it is still not clear how conserved are the metabolic patterns involved in this behavior. Tetrapedia diversipes is a solitary bee and a good model to study diapause. Individuals from the first generation do not enter in diapause and develop faster than individuals from the second generation, which enter in diapause during the winter. Moreover, this species is easy to capture in natural conditions due to the high rate of nesting in trap nests. The aim of this work was to compare the gene expression profile among non-diapause larvae from first and second generation (about to enter diapause) and larvae already in diapause, trough transcriptome data. One hundred ninety-four genes were identified as differentially expressed and 87 of them were annotated. Many of these genes have already been described as related to diapause in others species, but the expression pattern was not conserved. These genes were divided in five groups: related to cellular detoxification, cuticle and cytoskeleton, lipids and steroids metabolism, cell cycle and other genes related to diapause

Orientador: Henrique Ferreira / Coorientador:Danielle Biscaro Pedrolli / Banca: Karen Cristiane Martinez de Moraes / Banca: Paula Maria Moreira Martins / Resumo: Estudos genéticos em qualquer organismo requerem ferramentas eficazes para se alterar a expressão gênica. Dentre estas, os riboswitches oferecem uma alternativa bastante atrativa para modulação da expressão de genes de interesse, onde é possível ligar e desligar tais genes sem a remoção dos mesmos dos genomas. Esta alternativa permite o estudo direto de um gene e a avaliação da sua falta (quando desligado ou "OFF"), bem como permite o reestabelecimento do selvagem sem a necessidade da complementação padrão (estado "ON"). Na busca por melhores condições de caracterização genética e do desenvolvimento de ferramentas dedicadas para estudos de genes essenciais ou de difícil caracterização em Xanthomonas citri, avaliamos o uso de um sistema de riboswitch theo/metE para o controle de expressão gênica nesta bactéria. A caracterização propriamente dita foi realizada alterando-se a expressão dos genes parB e α- amilase. O sucesso destas estratégias permitiu o silenciamento dos genes parB e e α-amilase, e ainda, foi possível observar que a inibição da transcrição do gene α-amilase refletiu em um decaimento da enzima α-amilase estando o riboswitch theo/metE na presença de seu metabólito alvo, a teofilina. Os resultados indicam que o riboswitch theo/metE utilizado neste estudo é uma ferramenta genética em potencial para silenciamento gênico em Xac / Abstract: Genetic studies in any organism requires effective tools to change gene expression. Among these, the riboswitches offer a very attractive alternative to modulation of the expression of genes of interest, where it is possible to turn on and turn off such genes without removing them from the genomes. This alternative allows the direct study of a gene and the evaluation of its lack (when disconnected or "off"), as well as it allows the reestablishment without the necessity of the standard complementation (state "ON"). In the search for better conditions of genetic characterization and the development of tools dedicated to studies of essential genes or of difficult characterization in Xanthomonas citri, we evaluate the use of a system of riboswitch theo/metE for the control of gene expression in this bacteria. The characterization itself was performed by altering the expression of the parB and α-amylase genes. The success of these strategies allowed the silencing of parB and α-amylase genes, and it was also possible to observe that the inhibition of the transcription of the α-amylase gene reflected in a decay of the α-amylase enzyme while the riboswitch theo/metE in the presence of his target metabolite, theophylline. The results indicate that the riboswitch theo/metE used in this study is a potential genetic tool for gene silencing in XAC / Mestre

O degrane é uma das principais características que tornam o arroz vermelho daninho. A compreensão da regulação do degrane em arroz vermelho permitirá o desenvolvimento de procedimentos de biotecnologia que reduzam os problemas causados por esta planta daninha. O objetivo geral deste trabalho foi determinar a variabilidade e a regulação gênica do degrane de sementes em arroz vermelho. Os objetivos específicos foram i) caracterizar fenotipicamente o degrane das sementes em cultivares de arroz, genótipos de arroz silvestre, e ecótipos de arroz vermelho; ii) caracterizar a expressão dos genes conhecidos relacionados ao degrane em populações contrastantes; iii) analisar a variabilidade nucleotídica de genes relacionados direta e indiretamente ao degrane nestas populações; iv) identificar novas sequências gênicas expressas diferencialmente em ecótipos com diferentes níveis de degrane. Os genótipos avaliados apresentaram elevada variabilidade do degrane que variou de 20 a 270 gf. O gene qSH1 comumente relacionado com o degrane não possui efeito nos genótipos avaliados. A expressão relativa dos genes OsCPL1 e OsXTH8 apresentou uma relação direta com o nível de degrane. Já a expressão relativa do gene OsCel9D apresentou uma relação inversa aos níveis de degrane. A variabilidade nucleotídica do gene Os08g0512400 a 1271 bases upstream mostrou que os genótipos com o nucleotídeo T possuem em geral elevado degrane, enquanto que os genótipos com o nucleotídeo A apresentam baixo degrane. Além disso, a variação nucleotídica do exon 5 do gene Os01g0849100 apresentou dois SNPs, nas posições 2981 e 3057, que estão relacionados ao degrane. A metodologia SSH identificou 154 clones diferencialmente expressos que podem estar relacionados ao degrane em arroz. Destes clones, 61% apresentam funções conhecidas relacionadas ao processamento e armazenamento da informação, sinalização, processos celulares e metabolismo. Além de genes conhecidos como OsCPL1, os genes OsXTH8, OsCel9D, Os08g0512400 e Os01g0849100 também estão relacionados ao degrane de sementes em arroz. / Seed shattering is one of the main traits that make the red rice a weed. Better understanding of seed shattering regulation in red rice can be used to develop biotechnological procedures to reduce the problems of this weed. The main objective of this study was to determine the variability and genetic regulation of seed shattering in red rice. The specific objectives were i) to characterize the seed shattering in rice cultivars, wild rice and red rice ecotypes; ii) to characterize the expression of known genes related to seed shattering in contrasting rice genotypes; iii) to analyze the nucleotide variability of genes directly and indirectly related to seed shattering in these genotypes, and iv) identify new gene sequences differentially expressed in ecotypes with different levels of seed shattering. The evaluated genotypes presented large variability of seed shattering, which ranged from 20 to 270 gf. The gene qSH1, commonly related to seed shattering had no effect on the evaluated genotypes. The expression of the genes OsCPL1 and OsXTH8 was directly related with seed shattering. Otherwise, the expression of the gene OsCel9D was inversely related with seed shattering. The gene Os08g0512400 was polymorphic at 1271 bases upstream, where, in general, the genotypes with the T nucleotide had high seed shattering, and with the A nucleotide had low seed shattering. In addition, the exon 5 of the gene Os01g0849100 presented two SNPs at positions 2981 and 3057, which may be related to seed shattering. The SSH study identified 154 clones genes differentially expressed that may be related to seed shattering. The sequencing and analysis of these clones indicated that 61% of then have known functions related to processing and storage of information, signaling, cellular processes and metabolism. The variability of seed shattering in red rice is related with several genes. In addition to the know gene OsCPL1, the genes OsXTH8, OsCel9D, Os08g0512400 and Os01g0849100 are also related to seed shattering in rice.

Os projetos para estudo de genomas ou genes expressos partem de uma etapa de seqüenciamento no qual são gerados em laboratório dados brutos, ou seja, seqüências de DNA sem significado biológico. Estas seqüências de DNA possuem códigos responsáveis pela produção de RNAs e proteínas. O grande desafio dos pesquisadores consiste em analisar essas seqüências e obter informações biologicamente relevantes. Durante esta análise diversos programas de computador, além de um grande volume de dados armazenados em fontes de dados biológicas, são utilizados. Assim sendo, o presente trabalho prop6s a elaboração de um sistema computacional que permite a análise de dados sobre biologia molecular e facilite a instanciação do software dependendo do ambiente de trabalho e tipo de projeto de análise. Para este sistema foi dado o nome de Sistema de Gerenciamento de Análise de Dados por Bioinformática - SGADBio. O trabalho apresenta o desenvolvimento do sistema baseado em metodologias de Engenharia de Software, além dos módulos e funções disponíveis. Seqüências oriundas de um projeto de ESTs do fungo dermatófito Trichophyton rubrum, geradas em um laboratório de biologia molecular, foram submetidas ao sistema para análise. Os resultados são expressivos, demonstrando que o sistema é adequado e capaz de adaptar se a projetos envolvendo seqüenciamento / Projects involving the study of genomes and expressed genes typically initiate with the raw data generated by laboratory sequencing of DNA, devoid of any biological meaning. However, such sequences contain the codes for the production of RNAs and proteins. One of the great challenges faced by researchers is the analysis of such sequences in order to obtain biologically meaningful information. Several computer programs and auxiliary databases are used for that purpose. The present work reports on the development of a computational system capable of supporting biology data analysis and it can be instantiated in order to suit specific working environments and analyses projects. This system has been called Management and Data Analysis System for Applications in Bioinformatics- SGADBio. This work presents the development of the system based on Software Engineering methodologies, as well as the involved modules and functionalities. Sequences from an EST project involving the dermatophyte fungus Trichophyton rubrum, generated in a molecular biology laboratory, were submitted to the system for analysis. The results are expressive, corroborating the versatility of the system for adaptation to sequencing projects

Made available in DSpace on 2014-08-13T14:50:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-09-23Bitstream added on 2014-08-13T18:01:30Z : No. of bitstreams: 1 000746997.pdf: 3302808 bytes, checksum: 58184a6b45dcee98ec20085fe1a0b6a9 (MD5) / Xanthomonas citri subsp. citri (Xac) é uma bactéria fitopatogênica causadora do cancro cítrico. Genes que codificam proteínas relacionadas à tolerância a cobre foram identificados no genoma de Xac (copA e copB) e estudos de caracterização molecular e bioquímica vem sendo realizados pelo nosso grupo. Compostos a base cobre são usados no controle de doenças bacterianas em plantas e a eficácia desse processo tem sido reduzida pelo aparecimento de linhagens resistentes a cobre. Inicialmente, linhagens de Xac isoladas em diferentes estados foram avaliadas em relação ao crescimento na presença de cobre e os resultados mostraram que as linhagens isoladas no sul do país possuem uma maior tolerância ao metal. Entretanto, análises de Southern Blot mostraram que algumas destas linhagens apresentaram um perfil de organização genômica das ORFs envolvidas na homeostase de cobre semelhante ao da linhagem controle. Os genes cromossomais copA e copB em Xac estão organizados em um operon cuja transcrição foi previamente mostrada ser induzida e específica ao cobre. A ORF XAC3629, objeto de estudo no presente trabalho, está localizada upstream ao operon copAB e codifica uma proteína homóloga a CopL de X. axonopodis pv. vesicatoria. Análises de expressão gênica mostraram que o transcrito da ORF também foi induzido por cobre e que a inativação da ORF pela inserção de um transposon levou a não expressão do operon copAB, sugerindo que a ORF controla a expressão do operon. Além disso, a linhagem mutante XAC3629 / Xanthomonas citri subsp. citri (Xac) is a plant pathogen that causes citrus canker. Genes encoding proteins related to tolerance to copper have been identified in the genome of Xac (copA and copB) and studies of molecular and biochemical characterization has been performed by our group. Copper-based compounds are used in the control of bacterial diseases in plants and the effectiveness of this process has been limited by the appearance of strains resistant to copper. Initially, Xac strains isolated in different States of the country were evaluated for growth in the presence of copper. The results showed that the strains isolated in the South have the higher tolerance to the metal. However, Southern blot analysis showed that some strains exhibited an identical profile in the genomic organization of ORFs involved in copper homeostasis when compared to the control strain (Xac, strain 306). The chromosomal genes copA and copB in Xac are organized in an operon whose transcription was previously shown to be induced and specific to copper. The ORF XAC3629, object of study in this work, is located upstream to copAB operon and encodes a protein homologous to CopL of X. axonopodis pv. vesicatoria. Gene expression analysis showed that the transcript of the ORF was also induced by copper and inactivation of the ORF by insertion of a transposon led to no expression of the operon copAB, suggesting that the ORF controls the expression of the operon. Furthermore, the XAC3629