Em concentrações subletais, agentes antimicrobianos modulam a expressão gênica bacteriana, sendo que o conjunto de genes que é modulado depende tanto da cepa bacteriana, como da natureza do agente antimicrobiano. Neste trabalho, avaliamos o perfil de expressão gênica de Xylella fastidiosa cepa 9a5c em resposta ao tratamento por até 60 minutos com dose subletal do antibiótico estreptomicina. Esta é uma cepa virulenta, originalmente isolada de laranjeiras com sintomas de clorose variegada dos citros. A hibridização de microarranjos de DNA representando 2608 das 2848 sequências codificadoras (CDS) previamente anotadas no genoma desta cepa, revelou que 136 CDS apresentaram expressão gênica diferencial em resposta à exposição à estreptomicina, sendo que destas 109 foram negativamente moduladas e 27 positivamente moduladas. Realizamos, também, ensaios de PCR quantitativo precedido de transcrição reversa (RTqPCR) de 21 CDS para confirmar a modulação observada na análise global da expressão gênica. O perfil de expressão gênica de X. fastidiosa em resposta à estreptomicina foi analisado de forma integrada com outros perfis de expressão gênica desta bactéria. Entre as CDS positivamente moduladas, destacamos aquelas codificadoras das chaperoninas GroEL e GroES, que estão associadas a resposta de choque térmico, e CDS associadas à tradução, tais como proteínas ribossomais e fatores de tradução. Interessantemente, a exposição à estreptomicina induz a expressão da CDS que codifica poligalacturonase, que é um fator de virulência em algumas cepas de X. fastidiosa. Por outro lado, o tratamento com estreptomicina promoveu a modulação negativa de CDS relacionadas à formação e manutenção de biofilme ao contrário do observado quando estas bactérias foram submetidas ao tratamento com gomesina, um peptídeo antimicrobiano. O conjunto destas observações sugere que a exposição à dose subletal de estreptomicina possa promover um fenótipo de maior virulência, contrariamente ao efeito previamente observado com a gomesina. Neste trabalho, também descrevemos o pirosequenciamento do genoma da cepa J1a12 de Xylella fastidiosa, que exibe fenótipo menos virulento em citros e tabaco em relação à cepa 9a5c. A comparação da sequência genômica destas duas cepas confirma diferenças anteriormente observadas utilizando-se microarranjos de DNA e destaca genes potencialmente importantes para virulência de Xylella fastidiosa. / At sublethal concentrations, antimicrobials compounds modulate bacterial gene expression and the gene set that is modulated depends not only on the bacterial strain but also on the nature of antimicrobial agent. In this study, we evaluated changes in gene expression profile of Xylella fastidiosa strain 9a5c exposed up to 60 min to sublethal concentration of streptomycin. This a virulent strain originally isolated from orange trees with symptoms of citrus variegated chlorosis. Hybridization of DNA microarrays representing 2,608 out of 2848 coding sequences (CDS) previously annotated in strain 9a5c genome revealed 136 CDS differentially expressed upon streptomycin treatment. Of which 109 were down-regulated and 27 up-regulated. Differential expression for a subset of 21 CDS was further evaluated by reverse transcriptionquantitative PCR (RT-qPCR). In addition, we performed an integrated analysis of the gene expression profile of X. fastidiosa in response to streptomycin along with other gene expression profiles available for this bacterium. Among the up-regulated CDS, we highlight those encoding chaperonins GroEL and GroES, which are associated with heat shock response, and those CDS related to translation, such as ribosomal proteins and translation factors. Interestingly, exposure to streptomycin induces the expression of a CDS encoding polygalacturonase, which is a virulence factor for some X. fastidiosa strains. Furthermore, treatment with streptomycin down-regulates some CDS related to biofilm formation oppositely to treatment with gomesin, an antimicrobial peptide. Together, these observations suggest that exposure to sublethal dose of streptomycin might promote a higher virulent phenotype, in contrast to the effect previously observed with gomesin. In the present work, we also describe the pyrosequencing of J1a12 genome, a X. fastidiosa strain that exhibits a less virulent phenotype in citrus and tobacco if compared to strain 9a5c. A comparison of genome sequences of these two strains confirms differences previously observed using DNA microarrays and highlights important genes for virulence of X. fastidiosa.

Submitted by Alison Vanceto (alison-vanceto@hotmail.com) on 2017-02-23T13:20:14Z No. of bitstreams: 1 TeseCFY.pdf: 5114033 bytes, checksum: 6922d93e7dda82cee55aa69273fa7013 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-03-14T19:51:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseCFY.pdf: 5114033 bytes, checksum: 6922d93e7dda82cee55aa69273fa7013 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-03-14T19:52:08Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseCFY.pdf: 5114033 bytes, checksum: 6922d93e7dda82cee55aa69273fa7013 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-14T20:02:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseCFY.pdf: 5114033 bytes, checksum: 6922d93e7dda82cee55aa69273fa7013 (MD5) Previous issue date: 2016-10-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Triportheus genus (Characiformes, Triportheidae) presents a particular scenario 1 in fishes, with a ZZ/ZW sex chromosomes system for all species until now investigated. The Z chromosome is metacentric and the largest one of the karyotype, remaining morphologically conserved in all species. In contrast, the W chromosome differs in shape and size among species, from almost identical to markedly reduced in size in relation to the Z, with a clear heterochromatin accumulation associated with its differentiation process. This scenario in Triportheus, along with a well defined phylogeny for this group, provided an excellent opportunity to investigate the evolutionary events associated with the sex chromosomes differentiation, a matter of increasing interest to evolutionary biology in recent years. Therefore, the purpose of this study was to investigate the origin and differentiation of sex chromosomes in eight Triportheus species, using diverse conventional and molecular cytogenetics tools, such as C-banding, chromosomal mapping of rDNAs and several other repetitive DNA sequences, comparat ive genomic hybridization (CGH), microdissection of Z and W chromosomes and whole chromosome painting (WCP). The preferential accumulation of repetitive DNAs on the W chromosome highlighted the predominant participation of these sequences in the differentiation of this chromosome. Notably, the differential accumulation of microsatellites, and a hybridization pattern with no direct correlation to the ancestry of the W chromosome, put in evidence the particular evolutionary processes that shaped the sex-specific chromosome among species. The chromosomal mapping of 5S and 18S rDNAs and U2 DNAsn highlighted a very particular scenario in the distribution of these multigene families in Triportheus. Indeed, the variability in number of the rDNA sites on the autosomes, as well as the syntenic "status" of these three multigene families, showed their intense dynamism in the karyotype evolution, revealing a much more complex organization of these genes than previously supposed for closely related species. In addition, the occurrence of U2 DNAsn on the W chromosome of T. albus appears as an evolutionary novelty, while the occurrence of 18S rDNA in the Wq terminal region of all species pointed to a conserved condition for the genus, as well as a peculiarity in the evolutionary process of the W chromosome. Noteworthy, the use of WCP, and especially CGH experiments, put in evidence sequences which are shared by both Z and W chromosomes and sequences that are unique to each one. Thus, the Wq terminal region stood out with a high concentration of female specific sequences, in coincidence with the location of the 18S rDNA genes, allowing inferences about the origin of these cistrons on the sex-specific chromosome. Our data also showed that the ZZ/ZW system had, in fact, a common origin in Triportheus, considering the homologies found in chromosomal paintings using the Z and W probes. Triportheus auritus is the direct representative of the first lineage to differentiate in the genus and WCP experiments, using the Z chromosome probe of this species, have showed how this chromosome is notably conserved in all investigated species. On the other hand, the W chromosome showed variable patterns of homology among species, highlighting the molecular divergence emerged along its evolutionary history. In conclusion, the results obtained in this study allowed to certify the common origin of the ZZ/ZW sex system in Triportheus and to evaluate the intra- and inter-specific genomic homologies and differences between the sex pair, resulting in significant advances in the knowledge of the origin and differentiation of the sex chromosomes among lower vertebrates. / O gênero Triportheus (Characiformes, Triportheidae) apresenta um cenário 1 incomum entre os peixes, com a ocorrência de um sistema de cromossomos sexuais ZZ/ZW para todas as espécies já investigadas. O cromossomo Z é metacêntrico e o maior do cariótipo, permanecendo morfologicamente conservado em todas as espécies. Contrariamente, o cromossomo W apresenta formas variáveis e tamanhos distintos entre as espécies, podendo apresentar tamanho quase idêntico ao do cromossomo Z até acentuadamente reduzido em relação a ele, com um nítido acúmulo de heterocromatina associado ao processo de diferenciação desse cromossomo. Este cenário em Triportheus, juntamente com a filogenia já bem definida para este grupo, possibilitou uma oportunidade excelente para a investigação de eventos evolutivos associados aos cromossomos sexuais, aspecto este que vem despertando interesse crescente na biologia evolutiva nos últimos anos. Assim sendo, a proposta deste estudo foi investigar a origem e a diferenciação dos cromossomos sexuais em oito espécies de Triportheus, usando ferramentas diversificadas da citogenética convencional e molecular, como o bandamento-C, mapeamento cromossômico de DNAr e diversas outras classes de DNAs repetitivos, hibridização genômica comparativa (CGH), microdissecção dos cromossomos Z e W e pintura cromossômica total (WCP). O acúmulo preferencial de várias sequências de DNAs repetitivos no cromossomo W possibilitou destacar a participação preponderante deste componente do genoma na diferenciação do cromossomo sexo18 específico. Notadamente, o acúmulo diferencial de microssatélites colocou em evidência processos evolut ivos específicos do cromossomo W entre as espécies, bem como um padrão acumulativo que não apresenta correlação direta com a ancestralidade deste cromossomo. O mapeamento cromossômico do DNAr 5S e 18S e do DNAsn U2 evidenciou um cenário bastante particular na distribuição dessas famílias multigênicas em Triportheus. A variabilidade em relação ao número de sítios de DNAr nos autossomos, assim como o “status” sintênico dessas três famílias, evidenciaram o dinamismo evolutivo desses genes mesmo entre espécies proximamente relacionadas. Além disso, a ocorrência de DNAsn U2 no cromossomo W de T. albus evidenciou uma novidade evolutiva, enquanto a ocorrência de DNAr 18S na região Wq terminal confirmou uma condição conservada no gênero, assim como uma peculiaridade do processo evolut ivo do cromossomo W, visto que todas as espécies analisadas até o momento são portadoras dessas sequências. O emprego de WCP, e principalmente de CGH, possibilitou demonstrar a localização de sequências que são compartilhadas pelos cromossomos Z e W, bem como de sequências que são exclusivas de cada um deles. Assim, a região Wq terminal se destacou por apresentar uma grande concentração de sequências específicas de fêmeas, em coincidência com a localização do cluster de DNAr 18S, possibilitando inferências sobre a origem destes cístrons no cromossomo sexo-específico. Nossos dados também demonstraram que o sistema ZZ/ZW teve, de fato, uma origem comum em Triportheus, considerando as homologias encontradas nos mapeamentos cromossômicos com sondas dos cromossomos sexuais Z e W. Triportheus auritus é a espécie representante direta da primeira linhagem a se diferenciar no gênero e experimentos de WCP, utilizando a sonda do cromossomo Z desta espécie, mostrou que este cromossomo se encontra notavelmente conservado em todas as espécies investigadas. Por outro lado, o cromossomo W apresentou padrões variáveis de homologia entre as espécies, destacando divergências moleculares diferencialmente moldadas ao longo da sua história evolutiva. Em conclusão, os resultados obtidos no presente estudo possibilitaram atestar a origem comum do sistema ZZ/ZW em Triportheus, bem como avaliar divergências e similaridades genômicas intra- e interespecíficas quanto ao par sexual, obtendo-se avanços significativos no conhecimento da origem e diferenciação dos cromossomos sexuais entre os vertebrados inferiores. / CAPES: 11744/13–8

O gênero Xylella é composto de uma única espécie, Xylella fastidiosa, bactéria Gram-negativa, não flagelada, que coloniza o xilema de uma diversidade de plantas cultivadas e silvestres em várias partes do mundo. Em algumas dessas plantas, a bactéria é considerada agente causal de doenças, como a Clorose Variegada do Citros em laranjeiras, a Doença de Pierce das videiras e escaldadura da folha de cafeeiro. Onze diferentes cepas de X. fastidiosa, isoladas de distintos hospedeiros, já tiveram seus genomas sequenciados, entre essas, as cepas 9a5c, isolada de laranjeira, e Temecula 1, isolada de videira. Análises desses genomas indicam uma razoável variabilidade entre suas respectivas sequências e evidenciam vários genes associados a mecanismos de virulência e patogenicidade desta bactéria. No presente trabalho descrevemos o sequenciamento, a montagem e a anotação dos genomas das cepas U24d e Fb7, isoladas de laranjeiras, e da cepa 3124 isolada de cafeeiro, os quais apresentam, respectivamente 2.681.334 pb, 2.733.974 pb e 2.748.594 pb. Destas, apenas a cepa U24d apresenta um plasmídeo, o qual é idêntico ao pXF51 previamente identificado na cepa 9a5c. O genoma da cepa U24d é praticamente colinear ao genoma da cepa 9a5c enquanto que os genomas das cepas Fb7 e 3124 apresentaram maior colinearidade com a cepa Temecula1. Entre as diversas alterações encontradas nas análises comparativas destes genomas, destacamos a inserção no gene pilQ verificada no genoma da cepa U24d. Essa mutação causa ausência do pilus do tipo IV com consequente deficiência na motilidade twitching, sendo que plantas infectadas com a cepa U24d apresentam sintomas localizados restritos ao ponto de inoculação. Na cepa Fb7, detectamos a ausência de formação de biofilme no cultivo in vitro possivelmente devido ausência da expressão dos transcritos de mrkD e pspA, que codificam respectivamente adesina do pilus curto e adesina similar à hemaglutinina. Postulamos que estes genes não são expressos em decorrência de um defeito na via de sinalização de DSF (Fator de Sinalização Difusível) reflexo de uma mutação em rpfC no genoma de Fb7. Assim como as demais cepas de X. fastidiosa, também os genomas de U24d, Fb7 e 3124 apresentaram elevado conteúdo de Elementos Genéticos Móveis (EGM), que aparecem em maior número nas cepas sul-americanas. Os estudos do pangenoma de X. fastidiosa mostraram que essa espécie tem um genoma aberto e grande parte dos genes de EGMs correspondem a genes acessórios. A grande quantidade de EGMs em X. fastidiosa pode estar relacionada a falta do sistema CRISPR/cas completo, um provável resultado de eventos de erosão do genoma desta espécie. A inferência filogenética por MSLA mostrou uma clara distinção dos grupos de cepas da América do Norte em relação às do Sul, sugerindo a ocorrência de mais eventos de recombinações genéticas nas cepas sul-americanas, provavelmente pela falta de isolamento geográfico. Assim, é possível que as cepas norte e sul-americanas sofreram divergência alopátrica e simpátrica, respectivamente. / The genus Xylella consists of a single species, Xylella fastidiosa, a Gram-negative and non-flagellated bacterium that colonizes the xylem of a diversity of cultivated and wild plants in several parts of the world. In some of these plants, this bacterium is considered causal agent of diseases such as the Citrus Variegated Cholorosis in orange trees, Pierce\'s Disease of grapevines and coffee leaf scald. Eleven different strains of X. fastidiosa isolated from different hosts had their genomes sequenced, including 9a5c and Temecula1 strains, respectively isolated from orange tree and grapevine. Analyses of these genomes indicate a reasonable variability in their sequences and showed several genes associated with pathogenicity and virulence mechanisms of this bacterium. In this work we describe the genome sequencing, assembly and annotation of the strains U24d and Fb7, isolated from orange trees, and 3124 isolated from coffee, which have, respectively, 2,681,334 bp, 2,733,974 bp and 2,748,594 bp. Of these, only strain U24d has a plasmid, identical to pXF51 from strain 9a5c. The genome of U24d strain is almost collinear to the genome of strain 9a5c while the genomes of strains Fb7 and 3124 had higher collinearity to Temecula1 strain. Among many changes found in the comparative analysis of these genomes, we highlight an on insertion in pilQ gene that was found in U24d strain genome. This mutation causes lack of type IV pilus with a consequent deficiency in twitching motility. Moreover orange trees infected with U24d strain showed localized symptoms near to the inoculation point. We verified that Fb7 strain does not form biofilm in vitro possibly due to the absence of expression of mrkD and pspA transcripts, which encode, respectively, a short pilus adhesin and a hemagglutinin-like adhesin. We postulate that these genes are not expressed due to a defect in the signaling pathway of DSF (Diffusible Signal Factor) reflecting a mutation on rpfC in the Fb7 genome. Similarly to other X. fastidiosa strains, the genomes of U24d, Fb7 and 3124 also showed high content of mobile genetic elements (MGE), which appear in larger numbers in South American strains. Pan genome studies of X. fastidiosa showed that this species has a open genome and that most of MGE genes correspond to accessory genes. The large number of MGE in X. fastidiosa may be related to the lack of a complete system CRISPR/cas, likely a result of erosion events of the genome of this species. The phylogenetic reconstruction by MLSA showed a clear distinction between groups of strains from North and South America, suggesting the occurrence of more recombination events in South American strains, probably due to lack of geographical isolation. Thus it is possible that North and South American strains underwent allopatric and sympatric divergence, respectively.

Xylella fastidiosa é uma bactéria Gram-negativa, do subgrupo das Gama-Proteobactérias, não-flagelada, que coloniza o xilema de diversas plantas cultivadas e silvestres, podendo ser causadora de doenças. Sua disseminação é feita por insetos conhecidos como cigarrinhas. Genomas de cepas de X. fastidiosa isoladas de distintos hospedeiros já foram sequenciados completa ou parcialmente: 9a5c de citros; Temecula-1 e GB514 de videira; Dixon, M12 e M23 de amendoeira; Ann-1 de espirradeira e EB92-1, isolada de sabugueiro e utilizada como bio-controle para Doença de Pierce de videiras. Estudos de genômica comparativa associados a abordagens de genômica funcional e de genética molecular têm possibilitado o estudo detalhado de mecanismos potencialmente relevantes tanto para a colonização de plantas e insetos por este fitopatógeno como para o desenvolvimento de sintomas associados a doenças específicas em seus respectivos hospedeiros vegetais. Exceto o genoma de 9a5c, todos os demais genomas conhecidos são de cepas isoladas na América do Norte. Neste trabalho descrevemos o pirossequenciamento dos genomas da cepa J1a12, que exibe fenótipo não-virulento em citros, e das cepas Pr8x e Hib4, isoladas, respectivamente, de ameixeira e hibisco. A cepa J1a12 possui além de seu cromossomo principal de 2.788.789 pb dois plasmídeos, pXF51 e pXF27, respectivamente de 51.180 pb e 27.268 pb. pXF51 já foi descrito também na cepa de citros 9a5c e pXF27 tem similaridade com outros plasmídeos de cepas de X. fastidiosa norte-americanas isoladas de amoreira e videira. A cepa Pr8x possui além de seu cromossomo principal de 2.666.242 pb um plasmídeo, pXF39, de 39.580 pb, o qual contém a maioria das CDS presentes no pXF51. A cepa Hib4, isolada de hibisco, tem o maior cromossomo (2.813.297 pb) e também o maior plasmídeo (pXF64 com 64.251 pb) já descritos para X. fastidiosa. pXF64 apresenta extensa similaridade com o plasmídeo pBVIE04 de Burkholderia vietnamensis cepa G4, sendo descrito pela primeira vez em cepas de X. fastidiosa. Análises comparativas destes genomas possibilitaram a identificação de alterações que podem ser correlacionadas com os fenótipos exibidos por estas cepas, além da variedade e diversidade de regiões relacionadas a bacteriófagos e de plasmídeos que co-existem nas diferentes cepas deste fitopatógeno. / Xylella fastidiosa is a Gram-negative bacteria, of the Gamma-proteobacterium subgroup, non-flagellated that colonizes the xylem of several cultivated and wild plants, where may cause disease. The bacterium is spread by insects known as sharpshooters. Genomes of X. fastidiosa strains isolated from different hosts have been completely or partially sequenced: 9a5c from citrus; Temecula-1 and GB514 from grapevine; Dixon, M12 and M23 from almond tree; Ann-1 from oleander and EB92-1, isolated from elderberry and used as bio-control for Pierce\'s disease of grapevines. Comparative genomics studies associated with approaches from functional genomics and molecular genetics have allowed a detailed study of mechanisms potentially relevant to the colonization of plants and insects by this pathogen as well as to the development of symptoms associated with specific diseases in their respective host plants. Except for 9a5c, all other known genomes are from strains isolated in North America. Here we describe the pyrosequencing of the genomes of strain J1a12, which displays non-virulent phenotype in citrus and of Pr8x and Hib4 strains isolated, respectively, from plum and hibiscus. J1a12 has a main chromosome of 2,788,789 bp and two plasmids, pXF51 and pXF27, respectively of 51,180 bp and 27,268 bp. pXF51 has been described also in the citrus strain 9a5c and pXF27 has similarity with other plasmids found in North American strains isolated from mulberry tree and grapevine. The strain Pr8x has a main chromosome of 2,666,242 bp and one plasmid, pXF39, of 39,580 bp which present similarities with pXF51. Hib4, the strain isolated from hibiscus, has the largest chromosome (2,813,297 bp) and the largest plasmid (pXF64 with 64,251 bp) described for X. fastidiosa. pXF64 shows extensive similarity with the plasmid pBVIE04 of Burkholderia vietnamensis G4 strain and is described for the first time in X. fastidiosa. Comparative analyzes of these genomes have identified several differences that may be correlated with the phenotypes displayed by these strains, in addition to the variety and diversity of regions related to bacteriophages and plasmids that co-exist in different strains of this pathogen.

Made available in DSpace on 2014-08-20T13:32:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_carla_silveira.pdf: 1301704 bytes, checksum: e35505f057e1acb40d6e79b4da74308d (MD5) Previous issue date: 2011-05-26 / Oats (Avena sativa L.) are a winter cereal used for both humans and livestock, giving a great importance on the world stage. In the post-genomic era new sequenced genomes can be used to derive functions of organisms from the knowledge of these systems. In this work were apply this approach to the analysis of gene family of aquaporins in oats. The aquaporins are major intrinsic proteins (MIP) that have been characterized as facilitating the water flow. They are also known as water channels, glycerol facilitators and aquaglyceroporins, recent data suggest that they facilitate the movement of other molecular low weight metabolites. The presence of these genes is importance for the development and adaptation of plants, however, until now there are not studies reporting the identification of aquaporins in the oat genome. In this report we identified two sequences identified as potential aquaporins present in the genome of oat. Considering the number of aquaporin genes present in genome of rice, Arabidopsis, maize and wheat and the complexity of its polyploid genome, it is estimated that oats may have around 20 or more copies of these genes in each genome. Given the growing problems of flooding and drought, the need for cultivation in areas affected by salinity and the proven role of MIPs on plant response to stresses related to water availability, the investigations of these genes are essential in oats too. However a greater number of these genes can be identified in the future, this study was an important step in its characterization. / A aveia (Avena sativa L.) é um cereal de inverno utilizado tanto para a alimentação humana quanto animal, apresentando uma grande importância no cenário mundial. Na era pós-genômica novos genomas sequenciados podem ser utilizados para inferir funções de organismos a partir do conhecimento de outros sistemas. Neste trabalho foi aplicada essa abordagem à análise de genes da familia das aquaporinas em aveia. As aquaporinas são proteínas intrínsecas de membrana (MIP) que têm sido caracterizadas como facilitadoras do fluxo de água. São também conhecidas como canais de água, glicerol facilitadores e aquagliceroporinas. Dados recentes sugerem que elas facilitam a circulação de outros metabólitos de baixo peso molecular. A presença dos genes que codificam essas proteínas é de suma importância para o desenvolvimento e adaptação das plantas, contudo, até hoje não existiam estudos relatando a identificação de genes de aquaporinas no genoma da aveia. O sequenciamento e caracterização in silico das sequências obtidas neste trabalho propõem a presença de genes que codificam prováveis aquaporinas. Foram identificadas duas sequências como prováveis aquaporinas presentes no genoma da aveia. Considerando o número de genes de aquaporinas presentes no genoma do arroz, Arabidopsis, milho e trigo e a complexidade de seu genoma poliplóide, estimase que a aveia possua mais cópias desses genes. Tendo em vista os crescentes problemas de alagamento e/ou seca, a necessidade de cultivo em áreas afetadas pela salinidade, e o comprovado papel das MIPs na resposta das plantas a estresses relacionados com a disponibilidade de água, as investigações desses genes em aveia são essenciais. Contudo um número maior desses genes poderão ser identificados e caracterizados, esse estudo representa uma etapa importante para sua caracterização.

INTRODUÇÃO: Crianças com baixa estatura constituem um grupo heterogêneo. Em uma parcela dos casos, o mecanismo envolvido nesse processo decorre de alterações genéticas. OBJETIVO: Realizar uma investigação clínica e genético-molecular de um grupo de pacientes com baixa estatura de causa desconhecida. MÉTODOS: Selecionamos crianças com baixa estatura persistente (escore-Z de altura <= -2 para idade e sexo) de causa desconhecida para avaliação genômica. O estudo foi dividido em 2 etapas: 1ª etapa - avaliação de 229 pacientes com baixa estatura sindrômica [baixa estatura associada a outros achados dismórficos (atraso de desenvolvimento neuropsicomotor e/ou déficit intelectual, presença de dismorfismos faciais e/ou outras malformações)] por cariótipo molecular (aCGH/SNPa); 2ª etapa: avaliação de 99 crianças com baixa estatura persistente, nascidas pequenas para idade gestacional (PIG - escore-Z de peso e/ou comprimento ao nascer <= -2 para idade gestacional) e classificação de acordo com a presença ou ausência de dismorfismos associados. Essas crianças foram divididas em dois grupos: baixa estatura sindrômica (n=44) e baixa estatura isolada (n=55). Pacientes com baixa estatura sindrômica foram avaliados por sequenciamento exômico (WES). Pacientes com baixa estatura isolada foram avaliados através de painel gênico (n = 39) ou WES (n = 16). RESULTADOS: 1ª etapa: 32 (14%) pacientes com baixa estatura sindrômica apresentaram variações no número de cópias (CNVs) patogênicas ou possivelmente patogênicas. Sete delas são recorrentes em outros estudos e são responsáveis por cerca de 40% de todas as CNVs patogênicas/possivelmente patogênicas encontradas em pacientes com baixa estatura de causa desconhecida. 2ª fase: Dentre os 99 pacientes avaliados com baixa estatura nascidos PIG, foram encontradas 23 variantes patogênicas/possivelmente patogênicas em genes já associados à distúrbios de crescimento. Quinze (34%) nos pacientes com baixa estatura sindrômica, em genes relacionados a processos celulares fundamentais, vias de reparo de DNA e vias intracelulares; e oito (15%) em pacientes com baixa estatura isolada, em genes associados à cartilagem de crescimento e a via RAS/MAPK. CONCLUSÃO: A heterogeneidade dos pacientes com baixa estatura dificulta o diagnóstico clínico. As novas abordagens genômicas permitem estabelecer o diagnóstico etiológico de crianças com baixa estatura de causa desconhecida / BACKGROUND: Patients born small for gestational age (SGA) are a heterogenous group, and in several cases, it is due to genetic processes. AIM: To perform a clinical and genetic-molecular investigation of short stature patients of unknown cause. METHODS: We selected short stature children (height <= -2 SDS for age and sex) of unknown cause for genomic evaluation. The study had two stages: 1st stage - 229 syndromic short stature patients (patients with short stature and dysmorphic features, developmental delay, and/or intellectual disability) were evaluated by molecular karyotype (aCGH/SNPa); 2nd stage: We selected 99 short stature children born SGA (birth weight and/or length <=-2 SDS for gestational age). They were classified according to the presence or absence of dysmorphic features into two groups: syndromic short stature (n=44) and isolated short stature (n=55). Patients with syndromic short stature were evaluated by whole exome sequencing (WES), and patients with isolated short stature were evaluated through a target panel sequencing (n=39) or WES (n=16). RESULTS: 1st stage: 32 (14%) syndromic short stature patients had pathogenic or probably pathogenic copy number variations (CNVs). We observed seven recurrent CNVs that are responsible for about 40% of all pathogenic/probably pathogenic genomic imbalances found in short stature patients of unknown cause. 2nd stage: Of the 99 patients evaluated, 23 pathogenic/likely pathogenic variants were found in genes already associated with growth disorders. Fifteen (34%) syndromic short stature patients had pathogenic variants in genes related to fundamental cellular processes, DNA repair and intracellular pathways; and eight (15%) isolated short stature patients had pathogenic variants in genes associated with growth plate development and the RAS/MAPK pathway. CONCLUSION: The heterogeneity of short stature makes the clinical diagnosis difficult. The new genomic approaches are effective to diagnose a larger number of undiagnosed patients

A pesquisa de variações no número de cópias (CNVs; copy number variants) cromossômicas tem revelado o importante papel destas alterações genômicas na diversidade populacional e na etiologia de doenças humanas. O modelo de associação de CNVs a doenças envolve deleções e/ou duplicações individualmente raras, mas com segmentos cromossômicos de tamanhos relevantes. Os pacientes com baixa estatura de início pré-natal constituem um grupo heterogêneo com quadros clínicos complexos frequentemente resultantes de alterações genéticas, que, desde o período intrauterino, perturbam os mecanismos e vias de desenvolvimento e crescimento fetais. Assim sendo, aventamos a hipótese de que CNVs raras possam estar entre as causas genéticas de baixa estatura de início prénatal. Para tanto, nosso estudo visou avaliar a presença de deleções ou duplicações submicroscópicas em um grupo selecionado de pacientes nascidos pequenos para idade gestacional (PIG) com baixa estatura persistente sem causa definida. Foram avaliados 51 pacientes nascidos PIG com baixa estatura persistente após o 4º ano de vida que apresentavam dismorfismos, atraso de desenvolvimento neuropsicomotor (DNPM) ou deficiência intelectual, porém sem caracterizar síndromes conhecidas e com cariótipo normal. Amostras de DNA dos pacientes foram submetidas à hibridização genômica comparativa por microarray (aCGH; array comparative genomic hybridization) baseada em oligonucleotídeos na plataforma 60K. Os achados foram comparados com CNVs descritas em bancos de dados de controles normais. Foram identificadas 18 CNVs, ausentes em controles saudáveis, em 17 dos 51 pacientes (33%). As alterações foram avaliadas para classificação de sua patogenicidade de acordo com os seguintes critérios: 1) padrão de herança e segregação familiar; 2) sobreposição a coordenadas genômicas de síndromes conhecidas; 3) sobreposição a CNVs patogênicas descritas em banco de dados; 4) e conteúdo gênico. Quatro CNVs, encontradas em 3 pacientes, foram classificadas como patogênicas: 1) del 22q11.21; 2) dup 10q26.2-26.3 e del 10q26.3; e 3) del 4q28.2-q31.21. Cinco CNVs, encontradas em 5 pacientes, foram classificadas como provavelmente patogênicas: 4) del 3q27.1-q27.3; 5) del 20p13; 6) dup 14q11.2-q12; 7) dup 16q24.1-q24; e 8) dup Xq31.1-q13.2. Somando os grupos, encontramos CNVs patogênicas ou provavelmente patogênicas em 16% do total de pacientes. De acordo com a segregação familiar, 4 variações foram consideradas de significado clínico incerto, enquanto 5 foram benignas. Para estabelecer uma relação causal genótipo-fenótipo e identificar genes associados a baixa estatura de início pré-natal, foi realizada uma análise ampla do conteúdo gênico das variações classificadas como patogênicas, provavelmente patogênicas ou de significado clínico incerto, através do uso de efetivas ferramentas de bioinformática. Nossos resultados nos levam às seguintes conclusões: 1) a frequência de CNVs patogênicas e provavelmente patogênicas no estudo foi de 16%, evidenciando que CNVs raras provavelmente estão entre as causas genéticas de baixa estatura de início pré-natal; 2) o aCGH permitiu a elucidação do diagnóstico e das bases genéticas envolvidas no fenótipo em 8 pacientes selecionados; e 3) foram encontradas CNVs em diferentes regiões cromossômicas, com diferentes genes candidatos, que podem estar envolvidos nos mecanismos de regulação do crescimento e/ou nas vias regulatórias de desenvolvimento intrauterino / Analysis of chromosomic copy number variants (CNVs) have demonstrated the important role of these genomic imbalances in population diversity and human disease. The model of CNV disease association involves deletions and/or duplications that are individually rare but encompass chromosomal segments of relevant size. Prenatal onset short stature patients constitute a complex group characterized by clinical heterogeneity. The causes of prenatal growth impairment frequently involve genetic changes that disturb the mechanisms and the pathways of fetal growth and development. Thus, we hipothesized that rare CNVs might contribute to the genetic etiology of prenatal onset short stature. In order to evaluate this assumption, our study analyzed the presence of submicroscopic deletions and/or duplications in a selected group of patients born small for gestational age with persistent short stature but without a recognized cause. A total of 51 patients with prenatal and postnatal growth retardation associated with dysmorphic features, developmental delay and/or intellectual disability, but without criteria for known syndromes, were selected. All patients had normal G-banded karyotyping. Array-based comparative genomic hybridization (aCGH) in a whole-genome 60K platform was performed using DNA obtained from all patients. Detected CNVs were compared with CNV data from healthy controls individuals, excluding common copy number polymorphisms. In 17 of the 51 patients screened (33%), 18 rare CNVs were identified. The pathogenicity of CNVs was assessed by considering the following criteria: inheritance and familial segregation; overlap with genomic coordinates for a known genomic imbalance syndrome; overlap with CNVs previously identified in other patients with prenatal onset short stature; and gene content. Four distinct CNVs, found in three patients, were classified as pathogenic: 1) del 22q11.21; 2) dup 10q26.2-26.3 and del 10q26.3; and 3) del 4q28.2-q31.21. Five CNVs, found in five patients, were classified as probably pathogenic: 4) del 3q27.1-q27.3; 5) del 20p13; 6) dup 14q11.2-q12; 7) dup 16q24.1-q24; and 8) dup Xq31.1-q13.2. Taken both groups together, we found pathogenic or probably pathogenic CNVs in 16% of patients. According to familial segregation, four variants were considered as variants of uncertain clinical significance, while five variants were considered as benign. In an attempt to establish a causal genotype-phenotype correlation and to identify genes involved in growth impairment of prenatal onset, the gene content of the variants was analyzed using bioinformatics tools for gene prioritization. Based on our results, it is possible to make the following conclusions: 1) the frequency of pathogenic or probably pathogenic CNVs was at least 16%, indicating that rare CNVs are probably among the genetic causes of prenatal onset short stature; 2) aCGH clarified the diagnosis and the genetic etiology involved in the phenotype of 8 selected patients; and 3) we found CNVs in distinct chromosomal regions with several candidate genes that may be involved in the mechanisms of growth regulation and/or in the regulatory pathways of intrauterine development

B. diazoefficiens CPAC 7 e B. japonicum CPAC 15 são estirpes brasileiras de Bradyrhizobium que apresentam grande relevância para o cultivo da soja, pois são capazes de fornecer nitrogênio para a produção desta leguminosa através do processo de fixação biológica de nitrogênio (FBN), uma técnica sustentável e de baixo custo. Por esse motivo, tais bactérias são de grande interesse, e seu estudo contribui na compreensão do processo complexo e orquestrado por um conjunto de genes específicos que culmina no estabelecimento da simbiose. A estirpe CPAC 7 possui maior eficiência em fixar N2 , e a CPAC 15 destaca-se pela sua competitividade. Recentemente, o genoma de cada uma foi sequenciado na tentativa de conhecer seu conteúdo gênico e identificar os fatores genéticos responsáveis pelas diferenças no desempenho simbiótico. Apesar de ter sido encontrado alguns rearranjos, os genoma mostraram-se sintênicos na sua maioria. Entretanto, o fato de haver muitas transposases ao redor dos genes, principalmente na ilha simbiótica, e devido a presença de muitos genes hipotéticos, representando uma limitação no conhecimento, nos motivou a realizar o presente estudo, onde exploramos estes dois genomas. Portanto, os objetivos deste estudo foram de definir a população de elementos de transposição (TEs) que compõe estes genomas, avaliar se os elementos completos podem estar impactando os genes de alguma forma; explorar as proteínas hipotéticas, tentando identificar novas funções que possam estar associadas com a interação soja-Bradyrhizobium e apontá-las para estudos experimentais futuros; e ainda explorar os genes exclusivos das regiões atípicas dos genomas, sendo que para isso, nós também desenvolvemos uma nova metodologia, baseada na máxima entropia (ME), que pode ser utilizada em novos estudos genômicos a partir da simples sequência nucleotídica. Todas as análises deste estudo foram realizadas in silico. Estudando os TEs, identificamos 33 novas sequências de inserção, sendo que algumas destacaram-se por terem potencial impacto nos genes associados com a simbiose destas bactérias, como nopAN, nopAG, rhcU, modC e hypB. Explorar as proteínas hipotéticas nos permitiu reduzir a porcentagem de hipotéticas dos genomas. Adicionamos novas informações à 1.204 proteínas, das quais muitas apresentaram similaridade com proteínas comprovadamente associadas com a interação planta-bactéria, em condições de simbiose e/ou patogenicidade, como proteínas envolvidas na motilidade e adesão celular, fatores de virulência, proteínas secretoras e efetoras, entre outras. Além disso, a metodologia ME, desenvolvida neste estudo com o intuito de direcionar análises genômicas para regiões atípicas, quando comparada com outras ferramentas existentes, mostrou-se superior em termos de eficiência e tempo de execução computacional. Nas regiões genômicas apontadas pela ME nos dois genomas de interesse, identificamos 269 genes exclusivos de CPAC 7 e 368 de CPAC 15, sendo que destacamos aqueles com potencial relação com as diferenças simbióticas das estirpes, como o gene fixW, noeE, rtxA e nex18. Assim, os resultados obtidos neste trabalho vêm expandir nosso conhecimento sobre os genomas destas estirpes. Destacando ainda, importantes diferenças que podem estar associadas com a habilidade simbiótica de cada bactéria. / B. diazoefficiens CPAC 7 and B. japonicum CPAC 15 are Brazilian Bradyrhizobium strains of great importance for soybean cultivation, since when in a symbiotic state they provide nitrogen for the crop through the biological nitrogen fixation process (BNF), a sustainable technique and low cost. For this reason, such bacteria represent great interest and have been widely studied, once the symbiotic establishment is a complex process and orchestrated by a specific set of genes. The CPAC 7 strain has a higher efficiency to fix N2 , while CPAC 15 stands out for its competitiveness. Recently, their genomes were sequenced in an attempt to gain knowledge about their gene content and to identify the genetic factors responsible for differences in their symbiotic performance. Despite having identified some rearrangements, the majority of genomes showed syntenic. However, the fact that there are many transposases around the genes, especially in symbiotic island, and due to the presence of many hypothetical genes, representing a limitation on knowledge, motivated us to conduct this study, which explored these two important genomes. Therefore, the objectives of this study were to define the population of transposable elements (TEs) present in these genomes and to verify whether such TEs could be impacting the genes somehow; to study the hypothetical proteins, trying to identify new features that may be associated with the soybean-Bradyrhizobium interaction and point them for future experimental studies; and to explore the exclusive genes from atypical regions of both genomes, and for that, we have also developed a new methodology, based on maximum entropy (ME), which can be used in new genomic studies. All analyzes in this study were performed in silico. Studying the TEs, we identified 33 new insertion sequences, and some stood out for having potential impact on genes associated with the symbiosis of these bacteria, such as nopAN, nopAG, rhcU, modC and hypB. As a consequence of improving the annotation of hypothetical proteins we were able to reduce the hypothetical percentage. Among these, we add new information to 1,204 proteins, many of which had similarity to proteins with involvement in the plant-bacteria interaction, in symbiosis and/or pathogenicity conditions, such as proteins involved in cell motility and adhesion, virulence factors, secretion proteins, effectors, among others. Moreover, the ME methodology developed in this study to direct genomic analysis to atypical regions, compared with other existing tools, it was superior in efficiency and execution time. In the genomic regions identified by the ME in both Bradyrhizobium genomes, we identified 269 exclusive genes of CPAC 7 and 368 of CPAC 15, we highlighted those with potential involvement with symbiotic differences of strains, as fixW, noeE, rtxA and nex18. Thus, the results obtained in this study come to expand our knowledge about the genomes of these important bacteria. Finally, differences were identified as potential targets to be associated with the symbiotic ability of each strain to be futher studied.

A pesquisa de variações no número de cópias (CNVs; copy number variants) cromossômicas tem revelado o importante papel destas alterações genômicas na diversidade populacional e na etiologia de doenças humanas. O modelo de associação de CNVs a doenças envolve deleções e/ou duplicações individualmente raras, mas com segmentos cromossômicos de tamanhos relevantes. Os pacientes com baixa estatura de início pré-natal constituem um grupo heterogêneo com quadros clínicos complexos frequentemente resultantes de alterações genéticas, que, desde o período intrauterino, perturbam os mecanismos e vias de desenvolvimento e crescimento fetais. Assim sendo, aventamos a hipótese de que CNVs raras possam estar entre as causas genéticas de baixa estatura de início prénatal. Para tanto, nosso estudo visou avaliar a presença de deleções ou duplicações submicroscópicas em um grupo selecionado de pacientes nascidos pequenos para idade gestacional (PIG) com baixa estatura persistente sem causa definida. Foram avaliados 51 pacientes nascidos PIG com baixa estatura persistente após o 4º ano de vida que apresentavam dismorfismos, atraso de desenvolvimento neuropsicomotor (DNPM) ou deficiência intelectual, porém sem caracterizar síndromes conhecidas e com cariótipo normal. Amostras de DNA dos pacientes foram submetidas à hibridização genômica comparativa por microarray (aCGH; array comparative genomic hybridization) baseada em oligonucleotídeos na plataforma 60K. Os achados foram comparados com CNVs descritas em bancos de dados de controles normais. Foram identificadas 18 CNVs, ausentes em controles saudáveis, em 17 dos 51 pacientes (33%). As alterações foram avaliadas para classificação de sua patogenicidade de acordo com os seguintes critérios: 1) padrão de herança e segregação familiar; 2) sobreposição a coordenadas genômicas de síndromes conhecidas; 3) sobreposição a CNVs patogênicas descritas em banco de dados; 4) e conteúdo gênico. Quatro CNVs, encontradas em 3 pacientes, foram classificadas como patogênicas: 1) del 22q11.21; 2) dup 10q26.2-26.3 e del 10q26.3; e 3) del 4q28.2-q31.21. Cinco CNVs, encontradas em 5 pacientes, foram classificadas como provavelmente patogênicas: 4) del 3q27.1-q27.3; 5) del 20p13; 6) dup 14q11.2-q12; 7) dup 16q24.1-q24; e 8) dup Xq31.1-q13.2. Somando os grupos, encontramos CNVs patogênicas ou provavelmente patogênicas em 16% do total de pacientes. De acordo com a segregação familiar, 4 variações foram consideradas de significado clínico incerto, enquanto 5 foram benignas. Para estabelecer uma relação causal genótipo-fenótipo e identificar genes associados a baixa estatura de início pré-natal, foi realizada uma análise ampla do conteúdo gênico das variações classificadas como patogênicas, provavelmente patogênicas ou de significado clínico incerto, através do uso de efetivas ferramentas de bioinformática. Nossos resultados nos levam às seguintes conclusões: 1) a frequência de CNVs patogênicas e provavelmente patogênicas no estudo foi de 16%, evidenciando que CNVs raras provavelmente estão entre as causas genéticas de baixa estatura de início pré-natal; 2) o aCGH permitiu a elucidação do diagnóstico e das bases genéticas envolvidas no fenótipo em 8 pacientes selecionados; e 3) foram encontradas CNVs em diferentes regiões cromossômicas, com diferentes genes candidatos, que podem estar envolvidos nos mecanismos de regulação do crescimento e/ou nas vias regulatórias de desenvolvimento intrauterino / Analysis of chromosomic copy number variants (CNVs) have demonstrated the important role of these genomic imbalances in population diversity and human disease. The model of CNV disease association involves deletions and/or duplications that are individually rare but encompass chromosomal segments of relevant size. Prenatal onset short stature patients constitute a complex group characterized by clinical heterogeneity. The causes of prenatal growth impairment frequently involve genetic changes that disturb the mechanisms and the pathways of fetal growth and development. Thus, we hipothesized that rare CNVs might contribute to the genetic etiology of prenatal onset short stature. In order to evaluate this assumption, our study analyzed the presence of submicroscopic deletions and/or duplications in a selected group of patients born small for gestational age with persistent short stature but without a recognized cause. A total of 51 patients with prenatal and postnatal growth retardation associated with dysmorphic features, developmental delay and/or intellectual disability, but without criteria for known syndromes, were selected. All patients had normal G-banded karyotyping. Array-based comparative genomic hybridization (aCGH) in a whole-genome 60K platform was performed using DNA obtained from all patients. Detected CNVs were compared with CNV data from healthy controls individuals, excluding common copy number polymorphisms. In 17 of the 51 patients screened (33%), 18 rare CNVs were identified. The pathogenicity of CNVs was assessed by considering the following criteria: inheritance and familial segregation; overlap with genomic coordinates for a known genomic imbalance syndrome; overlap with CNVs previously identified in other patients with prenatal onset short stature; and gene content. Four distinct CNVs, found in three patients, were classified as pathogenic: 1) del 22q11.21; 2) dup 10q26.2-26.3 and del 10q26.3; and 3) del 4q28.2-q31.21. Five CNVs, found in five patients, were classified as probably pathogenic: 4) del 3q27.1-q27.3; 5) del 20p13; 6) dup 14q11.2-q12; 7) dup 16q24.1-q24; and 8) dup Xq31.1-q13.2. Taken both groups together, we found pathogenic or probably pathogenic CNVs in 16% of patients. According to familial segregation, four variants were considered as variants of uncertain clinical significance, while five variants were considered as benign. In an attempt to establish a causal genotype-phenotype correlation and to identify genes involved in growth impairment of prenatal onset, the gene content of the variants was analyzed using bioinformatics tools for gene prioritization. Based on our results, it is possible to make the following conclusions: 1) the frequency of pathogenic or probably pathogenic CNVs was at least 16%, indicating that rare CNVs are probably among the genetic causes of prenatal onset short stature; 2) aCGH clarified the diagnosis and the genetic etiology involved in the phenotype of 8 selected patients; and 3) we found CNVs in distinct chromosomal regions with several candidate genes that may be involved in the mechanisms of growth regulation and/or in the regulatory pathways of intrauterine development