Orientadores: Marcos Antonio Machado, Alexandre Morais do Amaral / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-12T03:30:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Homem_RafaelAugusto_M.pdf: 2248507 bytes, checksum: 707bfda4edde12e0c0ac988130077aa3 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O cancro cítrico é uma das mais sérias doenças de citros no mundo, sobretudo nos países onde a citricultura exerce papel influente na geração de empregos e divisas, como o Brasil, o maior produtor mundial de laranjas. Por esse motivo, o agente causal dessa doença, a bactéria Xanthomonas axonopodis pv. citri (Xac), teve seu genoma completamente sequenciado. No genoma de Xac foram identificados dois agrupamentos gênicos (operons), xcsCDEFGHIJKLMN e xpsEFGHIJKLMND, que codificam para o sistema de secreção do tipo II (SSTII), mecanismo altamente envolvido no processo de patogenicidade em algumas bactérias causadoras de doenças em plantas. Até o momento, não há evidência da função desempenhada por cada conjunto gênico do SSTII de Xac e da relação desses com o processo de interação com a planta de citros. Neste estudo foram analisadas as funcionalidades dos dois agrupamentos gênicos do SSTII de Xac e sua atividade durante a interação com a planta hospedeira. As análises revelaram que a bactéria utiliza os dois sistemas de forma distinta e com relevância diferenciada durante a interação com a planta, com repercussão no crescimento da bactéria no tecido foliar, sobretudo o operon xps. Adicionalmente, foram identificadas contribuições distintas na atividade de degradação dos compostos amido, carboximetilcelulose e proteína. Exames de microscopia revelaram que a bactéria tem sua organização estrutural do biofilme influenciada pelos dois SSTII e análises de expressão gênica revelaram que o operon xps apresenta atividade extremamente maior em relação ao operon xcs. Estes resultados mostram pela primeira vez a influência independente de ambos SSTII na capacidade patogênica de Xac. / Abstract: The citrus canker is a major threat to the citrus industry worldwide, especially where the citriculture plays an important role in employments and revenues, like United States and Brazil, the largest orange producing country. Therefore, the causal agent of citrus canker, the Gram negative bacterium Xanthomonas axonopodis pv. citri (Xac), had its genome completely sequenced. Throughout the genome of Xac, two operons (xps EFGHIJKLMND and xcsCDEFGHIJKLMN) that encompass 11 and 12 different proteins, respectively, for the type two secretion systems (TIISS) were identified. These mechanisms are highly involved in pathogenicity and virulence in some bacteria that cause disease in plants. However, so far, there are no studies on the function of these operons in Xac and their relationship for the infection process in the citrus plant. In this study, the functions of the two operons that code for the TIISS in Xac and their activity during the interaction with the plant host were analyzed. The analyses revealed that the bacterium uses both TIISS, however in a different fashion during the contact with the leaf tissue and the xps operon is highly more active. In addition, the operons were found to be differentially effective on the degradation of starch, carboxymethilcellulose and proteins. Confocal microscopy investigations found that the bacterial organization (biofilm) is influenced by both TIISS and gene expression analyses showed a much higher activity of the xps operon as compared to the xcs group. These results provide the first clear evidence of the independent influence of both TIISS in the pathogenic process of Xac. / Mestrado / Genetica de Microorganismos / Mestre em Genética e Biologia Molecular

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:02:52Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo897_1.pdf: 8640800 bytes, checksum: a7ee3c6274f9d3c9d3a9f5fa7142d92d (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2010 / A evolução dos mecanismos de virulência bacteriana está diretamente relacionada com a aquisição dos elementos transponíveis. A compreensão desses fenômenos teve grande avanço com a produção de sequências completas de genomas. Atualmente, sete sequências completas de cepas de Yersinia pestis são conhecidas. Nossas análises dessas sequências revelaram novos aspectos sobre a evolução da ilha de alta patogenicidade (HPI), onde estão as sequências que codificam o sideróforo yersiniabactina (Ybt). As evidências de ciclos adaptativos, mesmo na ausência de genomas intermediários, proporcionaram informações de que a HPI das yersínias foi herdada monofileticamente, podendo a Vibrionaceae ser sua família ancestral. A metodologia foi baseada nas análises das sequências vizinhas às HPIs, assinaturas seletivas dos genes do operon ybt e seus homólogos e frequências do uso de códons dos genomas hospedeiros, que revelaram novos aspectos da evolução desta ilha genômica. Os padrões e as diferenças de conteúdos de GC e das substituições sinônimas e não sinônimas indicam que os genes ybt e seus genomas hospedeiros passaram por diferentes pressões seletivas. Assim, grupos ancestrais diferentes encontraram formas distintas de preservar suas HPIs. Observamos que as sequências vizinhas das HPIs são reguladas por quorum sensing, indicando uma rede geral de regulação que envolve os genes ybt. A análise da organização cromossômica das sete cepas representativas de diferentes regiões do mundo revelou também uma dinâmica de rearranjos que poderia justificar o reconhecimento de novas variantes de Y. pestis até recentemente considerada uma espécie muito homogênea

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2018-06-12T11:46:53Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1019565 bytes, checksum: 12e002c506bdd711cb143f12e04ea169 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-12T11:46:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1019565 bytes, checksum: 12e002c506bdd711cb143f12e04ea169 (MD5) Previous issue date: 2018-02-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Grandes avanços no melhoramento animal e vegetal têm sido propiciados utilizando- se informações da genética molecular. Nessa perspectiva, idealizaram a Seleção Genômica Ampla (Genome Wide Selection – GWS) cuja abordagem envolve a cobertura completa do genoma utilizando milhares de marcadores SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms). O objetivo é estimar o mérito genético dos indivíduos e para tal, as pesquisas realizadas na GWS se baseiam na busca e na aplicação de metodologias estatísticas que visam resolver os problemas enfrentados no processo de estimação, como a alta dimensionalidade e a alta colinearidade entre os marcadores. Dentre elas, se destacam os métodos de redução de dimensionalidade: Regressão via Componentes Principais (PCR), Quadrados Mínimos Parciais (PLS) e Regressão via Componentes Independentes (ICR) e o tradicional método de regularização/shrinkage, G-BLUP (Genomic Best Linear Unbiased Predictor). Assim, o primeiro capítulo contempla as ideias centrais e a importância da GWS para o melhoramento genético, a definição de efeitos aditivos e de efeitos devido à dominância, os problemas estatísticos enfrentados na estimação dos efeitos de marcadores nos fenótipos pelo método usual baseado em quadrados mínimos ordinários, bem como as metodologias estatísticas baseadas em redução dimensional para resolver tais problemas e os procedimentos de validação que tem por finalidade comparar as metodologias estatísticas da GWS. Já o segundo capítulo refere-se a proposição e aplicação de sete critérios para a escolha do número ótimo de componentes independentes a serem utilizados na ICR, considerando apenas os efeitos aditivos. Os critérios consistem em determinar que o número de componentes independentes seja igual ao número de componentes que conduz: (i) os valores genômicos estimados via PCR a um maior valor de acurácia; (ii) os valores genômicos estimados via PCR a um menor valor de viés; (iii) a PCR a 80% de explicação da variação total de X; (iv) a PCR a 80% de explicação da variação total de Y; (v) a ICR a 80% de explicação da variação total de X; além dos critérios que consistem no número de componentes independentes igual ao número de variáveis determinadas pelos procedimentos (vi) Forward Selection e (vii) Backward Selection. O conjunto de dados simulados era composto por 2.000 marcadores SNPs e as populações simuladas totalizaram 1.000 indivíduos de 20 famílias de irmãos completos que tiveram os fenótipos e os genótipos avaliados. Além disso, os cenários simulados são baseados em dois níveis de herdabilidade e duas arquiteturas genéticas com ausência de dominância, constituindo assim, em quatro cenários, os quais foram simulados dez vezes cada. Com o intuito de demonstrar a aplicabilidade do estudo no melhoramento genético, foram avaliadas seis características de produtividade de um conjunto de dados reais de arroz asiático Oryza sativa (Número de panículas por planta, altura da planta, comprimento da panícula, número de panículas no perfilho primário, número de sementes por panícula e espiguetas por panícula) correspondente a 370 acessos de arroz, os quais foram genotipados para 44.100 marcadores SNPs. Em ambos os casos (dados simulados e reais) foi utilizada a validação independente e calculada as medidas de eficiência para comparar os critérios. De modo geral, as análises indicaram que o primeiro critério (número de componentes independentes igual ao número de componentes principais cujos os valores genômicos estimados via PCR apresentava maior valor de acurácia) se mostrou mais eficiente para os dois conjuntos de dados e apresentou as medidas de eficiência mais próximas do método exaustivo, com a vantagem de exigir menos tempo e esforço computacional. Para complementar o estudo, o terceiro capítulo consiste na aplicação dos três critérios mais eficientes do capítulo 2, os quais consistem no número de componentes independentes igual ao número de componentes que conduz os valores genômicos estimados via PCR a um maior valor de acurácia; a um menor valor de viés e a PCR a 80% de explicação da variação total de X considerando o modelo aditivo-dominante. Ainda no contexto deste modelo, foi aplicado os três métodos de redução de dimensionalidade (PCR, PLS e ICR) levando em consideração a escolha do número ótimo de componentes que conduz os valores genômicos aditivos, valores genômicos devido à dominância ou os valores genômicos totais (aditivo + dominância) a uma maior acurácia. Todos os métodos de redução de dimensionalidade foram comparados com o G-BLUP em termos de eficiência na estimação dos valores genômicos. As populações simuladas foram constituídas por 1.000 indivíduos de 20 famílias de irmãos completos, sendo genotipados para 2000 marcadores SNPs e as análises correspondentes a quatro cenários (dois níveis de herdabilidade × duas arquiteturas genéticas) sendo assumido dominância completa. Os resultados do capítulo 3 assinalaram que se manteve a superioridade do critério 1 nos modelos aditivo-dominante. Além disso, para a estimação dos efeitos aditivos e devido a dominância concomitantemente por meio dos métodos de redução de dimensionalidade, é recomendável utilizar o número de componentes que conduz o valor genômico devido à dominância a uma maior acurácia. Ademais, ao confrontar as metodologias de redução dimensional (ICR, PCR e PLS) com o G-BLUP, verifica- se que a PCR é superior em termos de acurácia e o método vantajosamente apresenta um dos menores tempos computacionais na execução das análises. Ademais, nenhum dos métodos considerados capturaram adequadamente as herdabilidades simuladas e apresentaram viés. / Great advances in animal and plant breeding have been provided using molecular genetic information. In this perspective, they proposed Genome Wide Selection (GWS), whose approach involves complete coverage of the genome using thousands of single nucleotide polymorphisms (SNPs). The objective is to estimate the genetic merit of the individuals and to that end, the researches carried out in GWS are based on the search and application of methodologies that aim to solve the problems faced in the estimation process, such as high dimensionality and high colinearity between the markers. Among them, we highlight the dimensionality reduction methods: Principal Component Regression (PCR), Partial Least Squares (PLS) and Independent Regression Component (ICR) and the traditional method of regularization / shrinkage, G-BLUP (Genomic Best Linear Unbiased Predictor). Thus, the first chapter considers the central ideas and importance of GWS for genetic improvement, definition of additive effects and effects due to dominance, the statistical problems faced in estimating the effects of markers on phenotypes by the usual method based on ordinary least squares, as well as the alternative statistical methodologies to solve such problems and validation procedures that aim to compare GWS methodologies. The second chapter refers to the proposition and application of seven criteria for choose the optimal number of independent components to be used in the ICR, considering only the additive effects. The criteria that consist of the number of independent components equal to the number of components that leads: (i) the estimated genomic values by PCR to a higher accuracy; (ii) estimated genomic values by PCR at a lower bias value; (iii) the PCR at 80% of the explanation of the total variation of X; (iv) PCR at 80% of the total variation of Y; (v) the ICR at 80% of explanation of the total variation of X; in addition to the criteria that consist of the number of independent components equal to the number of variables determined by the procedures (vi) Forward Selection and (vii) Backward Selection. The simulated data set consisted of 2.000 SNPs and the simulated populations totaled 1.000 individuals from 20 families of complete siblings that had the phenotypes and genotypes evaluated. In addition, the simulated scenarios are based on two levels of heritability and two genetic architectures, constituting in four scenarios, which were simulated ten times each assuming absence of dominance. In order to demonstrate the applicability of the study to genetic improvement, were evaluated six characteristics of productivity of a real data set Asian rice Oryza sativa (Number of panicles per plant, plant height, panicle length, number of panicles in the tiller primary, number of seeds per panicle and spikelets per panicle) corresponding to 370 accessions of rice, which were genotyped for 44.100 markers SNPs. In both cases (simulated and real data) the independent validation was used and the efficiency measures were calculated to compare the criteria. In general, the analyzes indicated that the first criterion (number of independent components equal to the number of principal components whose genomic values estimated by PCR showed highest accuracy) proved to be more efficient for both sets of data and presented the measures of efficiencies closer to the exhaustive method, with the advantage of requiring less computational time and effort. To complement the study, the third chapter consists of the application of the three most efficient criteria of chapter 2, which consist of the number of independent components equal to the number of components that leads the estimated genomic values via PCR to a highest accuracy value; to a lower value of bias and the PCR to 80% of explanation of the total variation of X considering the additive-dominant model. In the context of this model, the three dimensionality reduction methods (PCR, PLS and ICR) were applied taking into account the choice of the optimal number of components that leads to the additive genomic values, genomic values due to dominance or total genomic values (additive + dominance) to greater accuracy. All dimensionality reduction methods were compared with G-BLUP in terms of efficiency in the estimation of genomic values. Simulated populations were composed of 1.000 individuals from 20 families of complete siblings, with genotyped 2000 SNPs markers and analyzes corresponding to four scenarios (two levels of heritability × two genetic architectures). The simulations assumed complete dominance. The results of chapter 3 pointed out that the superiority of criterion 1 was maintained in the additive-dominant models. In addition, for the estimation of the additive effects and due to the dominance concomitantly by means of dimensionality reduction methods, it is recommended to use the number of components that drives the genomic value due to the dominance to a greater accuracy. In addition, when comparing the methodologies of dimensional reduction (ICR, PCR and PLS) with G-BLUP, it is verified that the PCR is superior in terms of accuracy and the method advantageously presents one of the smallest computational times in the execution of the analyzes. In addition, none of the methods considered adequately captured the simulated heritabilities and showed bias.

Made available in DSpace on 2014-08-20T14:06:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_final_Daniel_Farias.pdf: 1887776 bytes, checksum: a4a075b3f8cd4f8bd1c035e70aecf8ee (MD5) Previous issue date: 2013-12-04 / Rice is the most important grain in terms of economic value in the world, this crop has a significance to developing countries, both the culture aspect, as social and economic point. Rice is considered one of the best foods, with better nutritional balancing, extremely versatile, it is adapted in different soils and climates, this specie has greatest potential to increase the food production to control the world hunger. Despite the contribution that molecular markers gave for plant breeding, the increase of genome and transcriptome sequence data, the plant breeding approaches have greatly advanced. With this fact Bioinformatic becomes an essential tool for studies with genomic data. The principal aim of this study is to generate a tool that can contribute with assembly researches, and the assembly of Oryza glumaepatula genome. The first chapter is a review of rice, both on the cultivated species such as wilds. The second chapter presents the AEROS, a tool that aim provides the evaluation and comparison of genome assemblers, providing inferences about the results of these programs. The third chapter presents de assembly of the wild rice specie Oryza glumaepatula. With this study, we development AREOS program, that simulates a reference sequence and reads from Illumina platform. The draw assembly of Oryza glumaepatula genome has 292,860 scaffolds, and 412M bases. / O arroz é um dos mais importantes grãos em termos de valor econômico no mundo, essa cultura possui grande importância para os países em desenvolvimento, tanto pelo aspecto cultura, quanto sob o ponto de vista social e econômico, pois este é considerado um dos alimentos com melhor balanceamento nutricional, extremamente versátil, que se adapta a diferentes condições de solo e clima, sendo a espécie de maior potencial de aumento de produção para o controle da fome no mundo. Apesar da contribuição dada pelos marcadores moleculares no incremento do melhoramento genético vegetal, o aumento da disponibilidade de dados referentes a regiões genômicas sequenciadas e de análises de transcriptomas, possibilitaram um grande avanço em pesquisas de melhoramento genético. Esse fato fez com que a Bioinformática se tornasse uma ferramenta essencial para o tratamento de dados genômicos. O objetivo geral desse trabalho é gerar uma ferramenta que possa contribuir para os trabalhos com montagens de genomas, e montar o genoma da espécie Oryza glumaepatula. O primeiro capítulo aborda uma revisão bibliográfica sobre o arroz, tanto sobre as espécies cultivadas como as selvagens. O segundo capítulo apresenta a ferramenta AREOS, que tem como objetivo proporcionar a avaliação e a comparação de programas de montagem de genomas, proporcionando aos pesquisadores que irão trabalhar com esses dados, inferir sobre os resultados desses programas. O terceiro e último capítulo apresenta a montagem do genoma de arroz selvagem Oryza glumaepatula. Com a realização desse trabalho, foi desenvolvido o programa AREOS que simula uma sequência de referência e leituras de sequenciamento da plataforma Solexa da Illumina. Além disso, o genoma de O. glumaepatula(GEN 1233) foi sequenciado e montado. A montagem parcial do genoma dessa espécie possui um total de 292.860 scaffolds com 412M bases.

A Bothrops jararaca é a serpente de maior importância médica no Brasil. Vários estudos foram realizados com o objetivo de caracterizar os componentes do veneno de serpentes, entretanto, a base molecular dos genomas das serpentes é pouco conhecida. Assim, foi realizado o sequenciamento e montagem do genoma da serpente Bothrops jararaca. Foram construídas bibliotecas tipo shotgun e mate-pair para realização de corridas de sequenciamento usando a tecnologia Illumina e sequências complementares foram obtidas em equipamento PACBIO RS II. Uma biblioteca de BACs também foi construída e 768 pools de 12 BACs foram sequenciados. Um grande conjunto de segmentos genômicos foi obtido e foi possível identificar genes de várias toxinas, entre elas SVMPs, SVSPs, BPPs, CRISPs e VEGF. Ainda foi possível depreender o contexto genômico de muitos destes genes e identificamos os principais elementos repetitivos genômicos. Estes achados são relevantes para o entendimento da função e evolução do sistema venenífero e podem servir de base para outros estudos futuramente. / The pit viper Bothrops jararaca is the most medically important snake in Brazil. Several studies were conducted in order to characterize the components of snake venom. However, the molecular basis of snake genomes is poorly known. Hence, it was carried out the sequencing and assembly of the Bothrops jararaca snake genome. Shotgun and mate-pair libraries were constructed to perform sequencing runs using Illumina technology and complementary sequences were obtained in PACBIO RS II equipment. A BAC library was also constructed and 768 pools of 12 BACs were sequenced. A large number of genomic segments was obtained. It was possible to identify genes of several toxins, including SVMPs, SVSPs, BPPs, CRISPs and VEGF. In addition, it was possible to infer the genomic context related to most of these genes and identify the main genomic repetitive elements. These findings are relevant for understanding the function and evolution of the venom system and it provides the basis for further studies.

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

O etanol possui grande importância estratégica para o setor energético brasileiro devido a sua natureza renovável e grande capacidade de geração de emprego e renda. Atualmente um dos principais desafios enfrentados pelas indústrias brasileiras de produção de etanol é a presença de bactérias contaminando as fermentações. Essas atuam modificando o sistema, competindo por nutrientes essenciais, produzindo compostos tóxicos para a levedura e induzindo processos indesejáveis para a indústria como a floculação. Para equilibrar as populações e controlar os efeitos negativos é necessário uma melhor compreensão dos mecanismos genéticos e fisiológicos envolvidos nas interações de bactérias e leveduras em fermentações em fermentações etanólicas de primeira geração (1G). Neste sentido o presente trabalho realizou o sequenciamento, montagem e anotação completa dos genomas de três linhagens bacterianas isoladas diretamente de usinas brasileiras de produção de etanol: Lactobacillus sp. I-2, Lactobacillus sp. L-10 e Acetobacter sp. A-3. Além disso, foram feitas simulações da condição de co-existência entre bactérias lácticas e Acéticas com as leveduras de S. cerevisiae em fermentações semi-industriais em batelada alimentada (\"Melle-Boinot\") com tratamento ácido e reciclo de células. Três condições experimentais foram avaliadas: (i) fermentações contendo apenas leveduras de S. cerevisiae CAT-1, (ii) fermentações contendo leveduras de S. cerevisiae CAT-1 e bactérias de Lactobacillus sp. I-2, e (iii) fermentações contendo leveduras de S. cerevisiae CAT-1 e bactérias de Acetobacter sp. A-3. Por fim, os metabolomas das bactérias e leveduras da condição de coexistência nos ensaios fermentativos foram obtidos por metodologias de cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas (GC-MS). Foram identificados 3056, 2112 e 3557 genes nos genomas de Lactobacillus sp. L-10, Lactobacillus sp. I-2 e Acetobacter sp. A-3, respectivamente. As leveduras de S. cerevisiae, independente da condição experimental avaliada, consumiram totalmente os açúcares redutores totais (ART) presentes no melaço de cana-de-açúcar ao longo das fermentações em batelada alimentada. A glicina, aminoácido polar contendo apenas um hidrogênio na cadeia lateral, apresentou maior abundância durante as fermentações contaminadas com bactérias lácticas e acéticas em detrimento da condição controle sem contaminação bacteriana. Especula-se que o acúmulo intracelular deste aminoácido seja resultado do desvio de intermediários das vias Glicólise e Ciclo do Ácido Cítrico para a produção de compostos nitrogenados. Provavelmente, ambos os microrganismos, bactérias e leveduras, acumularam glicina no ambiente intracelular como alternativa a deficiência de nitrogênio no melaço de cana-de-açúcar. O sequenciamento dos genomas das bactérias e os ensaios fermentativos em biorreatores foram realizados no Laboratório Nacional de Biorrenováveis (LNBR) do Centro Nacional de Pesquisas em Energias e Materiais (CNPEM). As análises de metabolômica foram realizadas no Laboratório Max Feffer de Genética de Plantas da Escola Superior de Agricultura \"Luiz de Queiroz\" (ESALQ). Espera-se que os resultados apresentados neste trabalho agreguem mais informações a cerca das interações entre bactérias e leveduras e contribua, num futuro próximo, no apontamento de novas estratégias de controle bacteriano que sejam mais eficientes e sustentáveis que as usadas atualmente em fermentações industriais brasileiras. / Ethanol has great strategic importance for the Brazilian energy sector due to its renewable nature and great capacity to generate jobs and income. Currently, one of the main challenges faced by the Brazilian ethanol industry is the presence of contaminating bacteria in the fermentation tanks. They act by modifying the system, competing for essential nutrients, producing toxic compounds to the yeast and inducing undesirable processes for the industry like flocculation. To better balance populations and to control the negative effects, it is necessary a better understanding of the genetic and physiological mechanisms involved in the interactions among bacteria and yeasts from Saccharomyces cerevisiae. In this sense, the present work carried out the sequencing, assembly and complete genome annotation of three bacterial strains isolated directly from Brazilian ethanol production plants: Lactobacillus sp. I-2, Lactobacillus sp. L-10 and Acetobacter sp. A-3. In addition, simulations of the co-existence condition between lactic and acetic bacteria with yeasts from S. cerevisiae were carried out in semi-industrial fed-batch (Melle-Boinot) fermentations with acid treatment and cell recycling. Three experimental conditions were evaluated: (i) fermentations containing only yeasts from S. cerevisiae CAT-1, (ii) fermentations containing yeasts of S. cerevisiae CAT-1 and bacteria from Lactobacillus sp. I-2, and (iii) fermentations containing yeasts from S. cerevisiae CAT-1 and bacteria from Acetobacter sp. A-3. Finally, the metabolomes of bacteria and yeasts in the coexistence condition on fermentation assays were obtained by gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS) and liquid chromatography coupled to mass spectrometry (LC-MS). 3056, 2112 and 3557 genes were identified in the genomes of Lactobacillus sp. I-2, Lactobacillus sp. L-10 and Acetobacter sp. A-3, respectively. The yeasts from S. cerevisiae, regardless of the experimental condition evaluated, all the total reducing sugars (ART) present in sugarcane molasses were consumed and the ethanol production was consistent with that observed in first generation (1G) ethanolic fermentations. Glycine, an apolar amino acid containing only one hydrogen in the lateral chain, showed greater abundance during fermentations contaminated with lactic and acetic bacteria. It is speculated that the intracellular accumulation of this amino acid results from the shift of intermediates from the Glycolysis/Glycogenogenesis and the Citric Acid Cycle pathways to the production of nitrogen compounds. Probably, both microorganisms, bacteria and yeasts, used the intracellular accumulation of glycine as an alternative to nitrogen deficiency in sugarcane molasses in the fermentations carried out in bioreactors. The Bacterial genomes sequencing and fermentation assays in bioreactors were performed at the Brazilian Bioethanol Science and Technology Laboratory (CTBE) of the Brazilian Center for Research in Energy and Materials (CNPEM). The metabolomics analyzes were performed at the Max Feffer Laboratory of Plant Genetics at the \"Luiz de Queiroz\" School of Agriculture (ESALQ). It is hoped that the results presented in this work will add more information about the interactions among bacteria and yeasts and will contribute, in the near future, to new bacterial control strategies in Brazilian industrial fermentations that are more efficient and sustainable than those currently used.

Orientador: Paulo Eduardo Martins Ribolla / Resumo: Introdução: O desenvolvimento de estratégias para redução no custo do sequenciamento de genoma completo (WGS) é importante para projetos que demandam por grandes quantidades de amostras. Uma estratégia de baixo custo é o sequenciamento de baixa cobertura aliado a técnicas de imputação para genotipagem eficiente e de confiabilidade adequada. A malária é uma das principais doenças transmitidas por artrópodes no mundo e o Brasil é considerado um país com alta incidência de malária, principalmente na região Amazônica, sendo principal vetor o mosquito Anopheles darlingi. Objetivo: O objetivo do presente estudo foi desenvolver estratégia para analisar dados de WGS de baixa cobertura de mosquitos Anopheles darlingi coletados no município de Mâncio Lima no Acre e verificar associação entre dados genéticos e dados de importância epidemiológica, tais como comportamento de picada, horário de atividade e distanciamento em escala microgeográfica. Materiais e métodos: Amostras de mosquitos Anopheles darlingi foram coletadas no município de Mâncio Lima - AC, entre 2016 e 2017. As bibliotecas foram preparadas com Nextera™ XT e sequenciadas no NextSeq500 da Illumina. Foi realizado genotipagem por sequenciamento e aplicado imputação. Estudos de associação ampla do genoma foram realizados com comportamento de picada e horário de atividade. Sinais de estratificação na população foram investigados por FST amplo no genoma e teste de permutação para significância. Resultados: Sinais fracos porém si... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Introduction: Strategy development to reduce the cost of whole genome sequencing (WGS) is important for projects that demand large quantities of samples. A low-cost strategy is low-coverage sequencing combined with imputation techniques for efficient genotyping and sufficient confiability. Malaria is one of the main diseases transmitted by arthropods in the world and Brazil is considered a country with a high incidence of malaria, especially in the Amazon region with the main vector being the Anopheles darlingi mosquito. Objective: The objective of the present study was to develop a strategy to analyze low-coverage WGS data from Anopheles darlingi mosquitoes collected in the municipality of Mâncio Lima in Acre State and verify associations between genetic data and data of epidemiological importance, such as biting behavior, time of activity and distance on a microgeographic scale. Materials and methods: Samples of Anopheles darlingi mosquitoes were collected in the municipality of Mâncio Lima - AC, between 2016 and 2017. The libraries were prepared with Nextera ™ XT and sequenced on Illumina's NextSeq500. Genotyping by sequencing was performed and imputation was applied. Genome wide association studies were performed with biting behavior and time of activity. Population stratification signals were investigated by genome-wide FST and permutation test applied for significance. Results: Weak but significant stratification signals were identified considering distances of 2 to 3 k... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

A microbiota intestinal é um ecossistema complexo que geralmente vive em harmonia com seu hospedeiro. É essencial para o desenvolvimento e funcionamento adequado do sistema imunológico da mucosa durante o início da vida, um processo que atualmente é conhecido por ser importante para a imunidade de adultos. A microbiota intestinal compreende aproximadamente 1000 espécies, das quais 80% não são cultiváveis. Tendo em vista a importância de se conhecer a microbiota humana e a utilização da ferramenta da construção da biblioteca genômica RNAr 16S ser relativamente recente, esse estudo tem como objetivo analisar diferentes protocolos para avaliar o uso desta ferramenta para o estudo da microbiota intestinal humana. Para a realização dos ensaios experimentais, o DNA extraído de fezes de seis crianças, em diferentes faixas etárias, foi utilizado para a criação de um pool, o qual foi utilizado nos ensaios de PCR. As bibliotecas RNAr 16S foram construídas utilizando 2 pares de iniciadores bactéria-específicos 27F-1492R e 63F-1387R, variando o tempo de desnaturação inicial de cada reação de amplificação do gene RNAr 16S entre 5 e 10 minutos, e 1 par de iniciadores 341F-518R. Os clones foram selecionados aleatoriamente, parcialmente sequenciados e analisados com base em banco de dados do gene RNAr 16S. A diversidade da microbiota foi menor quando os iniciadores 63F-1387R foram utilizados, em comparação aos resultados dos iniciadores 27F-1492R, no entanto, apenas o par de iniciadores 63F-1387R identificou Bifidobacterium sp., gênero importante para o desenvolvimento da microbiota intestinal humana. Não houve diferenças significativas na diversidade quando o tempo de desnaturação inicial da reação de PCR foi estendido para 10 minutos. Com o uso do par de iniciadores 341F-518R mostrou uma diversidade satisfatória, uma maior riqueza, quando comparada com os outros pares de iniciadores e detectou a presença de Bifidobacterium sp. Os dados obtidos sugerem que mais de um par de iniciadores deve ser empregado para o estudo da microbiota fecal quando se utilizar a biblioteca de RNAr 16S como ferramenta. / The intestinal microbiota is a complex ecosystem that usually lives in harmony with its host. It is essential for the development and proper functioning of the mucosal immune system during beginning of the life, a process that is currently known to be important for overall immunity of adults. The intestinal microbiota comprises about 1000 species, 80% of which are not cultivable. Given the importance of understanding the human microbiota and that the use of the tool library construction genomic 16S rRNA is relatively recent, this study aims to analyze different protocols to evaluate the use of this tool to study of the human intestinal microbiota. To perform the experimental tests, the DNA extracted from feces of six children, in different age groups, was used for the creation of a pool, which was used in the PCR assays. The 16S rRNA libraries were constructed using 2 pairs of primers specific-bacterium 27F-1492R and 63F-1387R, varying the denaturation time of each initial amplification reaction between 5 and 10 minutes, and the pair of primers 341F - 518R.The clones were randomly selected, partially sequenced and analyzed based on database 16S rRNA gene. The diversity of the microbiota was lower when the primers 63F - 1387R were used when compared with the results of the primers 27F - 1492R. However, only the pair 63F - 1387R was able to identified Bifidobacterium spp., important genus for the development of the microbiota from human gut. No significant differences in diversity were observed when the time of initial denaturation of the PCR reaction was extended to 10 minutes. By using the pair of primers 341F - 518R a satisfactory diversity, with detection of Bifidobacterium spp., and greater richness were observed, compared with the other pairs of primer. The data suggests that more than one pair of primers should be used for the study of fecal microbiota when using the library of 16S rRNA as a tool.

Made available in DSpace on 2016-03-18T12:15:46Z (GMT). No. of bitstreams: 2 marcia_bezerra_ioc_dout_2012.pdf: 3641805 bytes, checksum: 551d726828aba255caeef4c323eae9ee (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2015-04-14 / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Rio de Janeiro, RJ, Brasil / Esta tese descreve o projeto conceitual do sistema de banco de dados ProteinWorldDB (PWDB). Um ponto importante da proposta do PWDB é permitir a construção de consultas e procedimentos no domínio da genômica comparativa sem a necessidade de comparação de sequências. Além disso, o PCG comparou milhões de sequências de proteína, incluindo o conjunto proteico total de centenas de genomas completos, utilizando programação dinâmica, e não um método heurístico, para os cálculos de similaridade. A estratégia do PCG, assim como a genômica, está fundamentada no conhecimento de que sequências biológicas por si só são pouco informativas; elas precisam ser analisadas a partir de um enfoque comparativo para a inferência de homologia. A comparação de sequências de diferentes organismos introduz uma perspectiva evolutiva ao processo, e o estudo comparativo de genomas completos pode ampliar a escala do conhecimento de um único processo biológico para o de sistemas biológicos complexos em células e organismos. Para responder eficientemente questões dessa natureza, o esquema conceitual apresentado associa bases de dados biológicos de referência aos índices de similaridade já pré-calculados e armazenados pelo PCG Utilizando um formato gráfico de fácil compreensão para representar conceitos e relacionamentos (diagrama ER), o esquema foi proposto para facilitar o planejamento de consultas e procedimentos por pesquisadores da área de genômica (sem conhecimento de linguagens de bancos de dados), assim como guiar o desenvolvimento e a implementação física do PWDB por profissionais da área de computação. Alguns exemplos são apresentados com o objetivo de demonstrar a utilização do esquema conceitual para a especificação de consultas e procedimentos, mesmo antes da existência de um esquema lógico. O esquema pode ser facilmente estendido. Módulos anexos podem ser inseridos/removidos para incluir outros projetos, baseados em comparação de sequências de proteína, que se beneficiem das informações fornecidas pelo módulo central do esquema e novas bases de dados, específicas de diferentes áreas (-ômicas, por exemplo), podem ser integradas ao esquema / This thesis describes the conceptua l design of the database system ProteinWorldDB (PWDB) . An important point of the PWDB p roposal is to allow the construction of queries and procedures in the field of comparative genomics without the need for sequence comparison . Moreover , the PCG compared millions of protein sequences, including the entire set of proteins from hundreds of complete genomes using dynamic programming , rather than a heuristic method , for calculating similarity PCG‘s strategy, like that of genomic studies in general, is grounded in the knowledge that biological sequences alone are uninformative. They need to be analyzed from a comparative approach to infer homology. The comparison of sequences from different organisms introduces an evolutionary perspective to the process and the comparative study of complete genomes can expand our knowledge from a single biological process all the way to complex biological systems in cells and organisms. To efficiently answer questions of this nature, the conceptual schema links selected internati onal reference biological databases to similarity indexes already precomputed and stored by the PCG . By using an easily understandable graphic format to represent concepts and relationships (ER diagram), the schema was proposed to help the design of querie s and procedures by genomic researchers (who may not have knowledge of database languages) as well as to guide the development and physical implementation of the system by developers. Some e xamples are presented to demonstrate the use of the conceptual sch ema for specifying queries and procedures, even before the existence of a logical schema. The schema can be easily extended. Additional modules can be inserted/removed to include other protein sequences comparisons projects that may benefit from the inform ation provided by the schema ́s central module. Likewise, new databases specific to different areas ( - omics, for example) can be cross - referenced to the schema / This thesis describes the conceptua l design of the database system ProteinWorldDB (PWDB) . An important point of the PWDB p roposal is to allow the construction of queries and procedures in the field of comparative genomics without the need for sequence comparison . Moreover , the PCG compared millions of protein sequences, including the entire set of proteins from hundreds of complete genomes using dynamic programming , rather than a heuristic method , for calculating similarity PCG‘s strategy, like that of genomic studies in general, is grounded in the knowledge that biological sequences alone are uninformative. They need to be analyzed from a comparative approach to infer homology. The comparison of sequences from different organisms introduces an evolutionary perspective to the process and the comparative study of complete genomes can expand our knowledge from a single biological process all the way to complex biological systems in cells and organisms. To efficiently answer questions of this nature, the conceptual schema links selected internati onal reference biological databases to similarity indexes already precomputed and stored by the PCG . By using an easily understandable graphic format to represent concepts and relationships (ER diagram), the schema was proposed to help the design of querie s and procedures by genomic researchers (who may not have knowledge of database languages) as well as to guide the development and physical implementation of the system by developers. Some e xamples are presented to demonstrate the use of the conceptual sch ema for specifying queries and procedures, even before the existence of a logical schema. The schema can be easily extended. Additional modules can be inserted/removed to include other protein sequences comparisons projects that may benefit from the inform ation provided by the schema ́s central module. Likewise, new databases specific to different areas ( - omics, for example) can be cross - referenced to the schema