Orientador: Fernando Sebastián Baldi Rey / Banca: Raysildo Barbosa Lobo / Banca: Danisio Prado Munari / Banca: Fabyano Fonseca e Silva / Banca: Humberto Tonhati / Resumo: Existem diferentes métodos e pseudo-fenótipos utilizados em predições genômicas, sendo necessário determinar o ideal para a característica de interesse. Os ácidos graxos da carne que contribuem de forma prejudicial para a saúde humana têm recebido considerável atenção nos últimos anos. O objetivo desse estudo foi avaliar a acurácia de predição genômica de diferentes métodos (SNP-BLUP, BayesC, BayesCπ e Bayesian Lasso) e pseudo-fenótipos (fenótipo ajustado para os efeitos fixos, valor genético estimado via pedigree e valor genético genômico obtido pelo método single step GBLUP) em dados simulados e reais de perfil de ácidos graxos no músculo Longissimus thoracis da raça Nelore terminados em confinamento. A proposta de inclusão do GEBV obtido pelo método passo único genômico BLUP (ssGBLUP) como pseudofenótipo nesta pesquisa é inédita em predição genômica, para responder um dos problemas frequentes ao utilizar a matriz advinda da informação genealógica, pela maioria dos produtores de gado de corte utilizarem o sistema de acasalamento que utiliza reprodutores multiplos. Foram utilizados cerca de 963 bovinos machos inteiros da raça Nelore terminados em confinamento e genotipados com um painel de 777.962 SNPs do Ilumina BovineSNP BeadChip. A informação genômica pode servir para melhorar o perfil de ácidos graxos em animais do grupo Zebu, por ter-se observado valores genômicos preditos com com acurácia de baixa a moderada magnitude. Nenhum dos métodos foi melhor para todos os ácidos... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: There are different methods and pseudo-phenotypes used in genomic predictions, being necessary to determine the ideal for each trait of interest. Beef fatty acids that contribute to human health have received considerable attention in the last years. Thus, the objective of this study was to evaluate genomic predition accuracy of different methodologies (SNP-BLUP, BayesCπ, BayesC and Bayesian Lasso) pseudo-phenotypes (adjusted phenotype, estimated breeding value and genomic estimated breeding value by ssGBLUP) in simulated and real data of fatty acid profile in the Longissimus thoracis muscle of Nelore cattle finished in feedlot. The inclusion of the GEBV obtained by single step genomic BLUP (ssGBLUP) method as pseudo-phenotype in this research is innovator in genomic prediction, to answer one of the frequent problems when using the matrix derived from pedigree, by the mating system that uses multiple sires for many cattle breeders. A total of 963 Nelore bulls with phenotype for fatty acid profiles, were genotyped using the Illumina Bovine HD Bead Chip with 777,962 SNPs. Genomic information can assist in improving fatty acid profile in Zebu animals, since the use of genomic information yielded genomic values for fatty acid profile with accuracies ranging from low to moderate. None of the methods excelled in terms of accuracy, however the SNP-BLUP method allows obtaining less biased genomic evaluations. The ssGBLUP model is an appropriate alternative to obtaining more reliable and less biased GEBVs as pseudo-phenotypes in situations of missing pedigree, due to high proportion of multiple sires, being more appropriate than the EBVs or adjusted phenotypes for fixed effect to predict direct genomic values. / Doutor

Malformações congênitas ocorrem em aproximadamente 2% a 3% dos nascidos vivos, podendo compreender desde malformações discretas até graves defeitos que comprometem a sobrevida. Estima-se que cerca de 6% dos casos de defeitos congênitos ocorram devido à presença de anomalias cromossômicas. Essa prevalência é, provavelmente, subestimada, uma vez que malformações mais graves podem levar a perdas fetais antes que um diagnóstico seja possível e, algumas vezes, as alterações cromossômicas ou desequilíbrios genômicos associados às malformações congênitas não são identificados. Este estudo teve como objetivo geral identificar rearranjos cromossômicos e variação do número de cópias (CNVs) do genoma por meio da investigação de microdeleções e microduplicações em recém-nascidos com malformações congênitas de etiologia desconhecida. Este trabalho fez parte de um projeto de desenvolvimento tecnológico para o estabelecimento do método de análise comparativa de genomas em um hospital universitário público. Foi realizado um estudo retrospectivo em 35 amostras de DNA estocadas em biorrepositório por meio da análise total do genoma pela técnica de Hibridação Genômica Comparativa baseada em microarranjos (array-CGH). Todas as CNVs detectadas foram comparadas com as descritas em bancos públicos de dados genômicos, e sua significância clínica foi estimada. Treze alterações genômicas foram detectadas em 12/35 (34,3 %) das amostras. Em 4/35 (11.4%) dessas, os desequilíbrios genômicos puderam ser definidos como patogênicos e causalmente relacionados às anomalias congênitas; em 5/35 (14.3%) das amostras, CNVs de significado clínico incerto foram identificadas; e, em 4/35 (11.4%), variantes normais foram detectadas. Entre os 4 casos cujos resultados foram considerados causalmente relacionados com os achados clínicos, 2/4 (50%) tinham alterações patogênicas que estão reconhecidamente associados à síndromes de microdeleção definidas. Em 2/4 amostras (50%), os desequilíbrios cromossômicos encontrados, ainda que preditos como patogênicos, não haviam sido previamente associados à entidades clínicas reconhecidas. O uso de array-CGH indicou a presença na amostra estudada de rearranjos cromossômicos não identificados previamente, permitindo a identificação de regiões cromossômicas relacionadas à algumas anomalias congênitas. Além disso, ainda que a interpretação dos resultados deva ser refinada, os dados sugerem que a análise comparativa de genomas por array-CGH seja considerada como investigação de primeira linha no rastreamento seletivo para análise prospectiva/retrospectiva de amostras de DNA em programas de monitoramento de defeitos congênitos. / Congenital malformations occur in approximately 2% to 3% of live births and may comprise from mild to severe malformations defects that compromise survival. It is estimated that about 6% of the cases of birth defects occur due to the presence of chromosomal abnormalities. This prevalence is probably underestimated, since more severe malformations may lead to fetal loss before a diagnosis is possible, and sometimes, the chromosomal aberrations or genomic imbalances associated with congenital malformations are not identified. This study had as main objective to identify chromosomal rearrangements and copy number variations (CNVs) in the genome through the investigation of microdeletions and microduplications in newborns with congenital malformations of unknown etiology. This work was part of a technological development project for the establishment of the method of comparative analysis of genomes in a public university hospital. A retrospective study was performed on 35 DNA samples stored in a biorepository through whole-genome based microarrays Comparative Genomic Hybridization (array-CGH). All CNVs detected were compared with those described in public genome databases, and their clinical significance was estimated. Thirteen genomic alterations were detected in 12/35 (34.3%) of the samples. On 4/35 (11.4%) of these, the genomic imbalances were defined as pathogenic and causally related to congenital anomalies; in 5/35 (14.3%) samples CNVs of uncertain clinical significance were identified and in 4/35 (11.4%), normal variants were detected. Among the 4 cases whose results were considered causally related to clinical findings, 2/4 (50%) had pathogenic changes that are associated with well-known microdeletion syndromes. In 2/4 samples (50%), chromosomal imbalances found, although predicted as pathogenic, have not been previously associated with the recognized clinical entities. The use of array-CGH indicated the presence of chromosomal rearrangements not previously identified, allowing the identification of chromosomal regions related to some congenital anomalies. Moreover, although the interpretation of the results should be refined, the data suggest that comparative genome analysis by array-CGH must be considered as first-line investigation in selective screening for prospective/retrospective analysis of DNA samples in birth defects monitoring programs.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2017-04-12T17:02:04Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2714432 bytes, checksum: b2433146284f70c56705fc1be093c259 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-12T17:02:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2714432 bytes, checksum: b2433146284f70c56705fc1be093c259 (MD5) Previous issue date: 2016-02-22 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Actinobacillus pleuropneumoniae é o agente etiológico da pleuropneumonia suína, uma doença respiratória severa que resulta em significantes perdas econômicas no setor da suinocultura. Atualmente, A. pleuropneumoniae é classificado em 16 sorotipos diferentes que podem causar a doença com virulência distinta entre eles. Em Minas Gerais, Brasil, A. pleuropneumoniae é encontrado nas granjas e a maior distribuição é do sorotipo 8, sendo este até pouco tempo negligenciado em estudos de epidemiologia devido a problemas de identificação. Da mesma forma, atualmente é aceito que este sorotipo é também o de maior distribuição nos Estados Unidos, Canadá, Reino Unido além do Brasil. Até recentemente, não havia disponibilidade de genomas de A. pleuropneumoniae sorotipo 8 em banco de dados, por isso não existem informações genômicas específicas para este sorotipo, especialmente provenientes de isolados clínicos recentemente circulantes nas granjas. Neste contexto, somente a partir de 2015 os primeiros genomas foram disponibilizados para serem analisados, sendo assim sete genomas de isolados clínicos de A. pleuropneumoniae sorotipo 8 estão hoje disponíveis e estes foram analisados neste estudo. A partir das sequências genômicas dos isolados clínicos de A. pleuropneumoniae sorotipo 8 foi proposto um modelo de proteoma referência desse sorotipo com um total de 2.396 proteínas categorizadas nas diferentes classes de grupos de ortólogos. Na análise comparativa realizada entre genomas de A. pleuropneumoniae sorotipo 8 e demais sorotipos foi observado um padrão de conservação na organização do genoma entre esses. No entanto, foram identificadas algumas diferenças pontuais e dois segmentos genômicos diferenciais entre os genomas analisados com rearranjos e /ou inversões de 42,2 Kb e 59,6 Kb. O primeiro segmento foi encontrado nos genomas dos sorotipos 5 (L20), 7 (AP76) e em quatro dos isolados clínicos do sorotipo 8 investigados, sendo eles MV518, MV780, MV1022 e MV5651 contendo sequências de profago. O segundo segmento diferencial foi identificado apenas no genoma de A. pleuropneumoniae sorotipo 7 (AP76) e contém sequências como transposases caracterizando a presença de uma sequência de inserção no segmento. De acordo com a análise dos códons preferenciais de todos os sorotipos investigados, não foram observadas diferenças marcantes entre eles. Na análise comparativa dos proteomas, a maioria das sequências do proteoma referência de A. pleuropneumoniae sorotipo 8 que apresentaram baixa similaridade com os demais sorotipos foram caracterizadas como hipotéticas, não tendo sua função conhecida. Nessa porção diferencial específica foram relatadas sequências codificadoras relacionadas à plasmídeos o que caracteriza possíveis eventos de transferência horizontal de genes (THG) ao longo da história evolutiva do genoma e fatores de resistência a antibióticos como cloranfenicol, sulfonamida e tetraciclina. Na análise de similaridade entre os proteomas houve maior similaridade das proteínas do proteoma referência do sorotipo 8 com as proteínas do sorotipo 6, o que pode estar associado à dificuldade em separar esses sorotipos nas técnicas de sorotipagem. Com as análises comparativas e a caracterização das diferenças entre os sorotipos e isolados será possível compreender os mecanismos de virulência dos isolados de A. pleuropneumoniae e identificar potenciais candidatos vacinais mais eficientes. / Actinobacillus pleurapneumoniae is the causative agent of porcine pleuropneumonia, a severe respiratory illness that it results in significant economic losses in the swine industry. Currently, A. pleuropneumoniae is classified into 16 different serotypes that it can cause disease with distinct virulence between them. In Minas Gerais, Brazil, A. pleuropneumoniae is found on the farms and the largest distribution is of serotype 8, which, until shortly time, it was neglected in epidemiological studies because of the identification problems. Similarly, it is currently accepted that this serotype is also the most widely distributed in the United States of America, Canada, the United Kingdom as well as Brazil. Until recently, there was no availability of genomes of A. pleuropneumoniae serotype 8 in the database, because of this, there are no specific genomic information for this serotype, especially from of the clinical isolates that, recently, it are circulating on the farms. In this context, only from 2015, the first genomes were available to be analysed, so, today there are seven genomes of clinical isolates of A. pleuropneumoniae serotype 8 available and these were analyzed in this study. From the genomic sequences of clinical isolates of A. pleuropneumoniae serotype 8 was proposed a model of proteome which it is reference for this serotype with a total of 2.396 proteins categorized into different classes of orthologous groups. In a comparative analysis of genomes of A. pleuropneumoniae serotype 8 and other serotypes, it was observed a pattern of conservation in the organization of the genome between these. However, it were identified some specific differences and two genomic segments differentials between the genomes analyzed with rearrangements and/or reversals of 42.2 Kb and 59.6 Kb. The first segment was found in the genome of the serotype 5 (L20), 7 (AP76) and in four of the clinical isolates of serotype 8 that it were investigated: MV518, MV780, MV1022 and MV5651, which it containing prophage sequences. The second differential segment was identified only in the genome of A. pleuropneumoniae serotype 7 (AP76) and it contains sequences as transposases that it characterizes the presence of an insertion sequence in the segment. Regarding the use and the preference of codons between the serotypes investigated, there were no significant differences among them. In the comparative analysis of proteomes, the sequences of the reference proteome of A. pleuropneumoniae serotype 8, which it showed low similarity with the remaining serotypes, it were identified as hypothetical, it does not having its known function. In this specific differential portion, coding sequences associated to plasmids were described, that it characterize possible events by horizontal transfers of genes (HTG) throughout the evolutionary history of the genome and antibiotic resistance factors, such as chloramphenicol, tetracycline and sulfonamide. In the similarity analysis between the proteomes, there was greater similarity of the proteome reference of serotype 8 with the proteins of the serotype 6, which it may be associated on difficulty to separate these serotypes in the serotyping techniques. With the comparative analysis and the characterization of the differences between the serotypes and the isolates, it will be possible to understand the virulence mechanisms of the isolates of A. pleuropneumoniae and to identify vaccine candidate potential more effective.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2017-05-25T14:18:50Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 564862 bytes, checksum: e73502ca79bb97cacf0e6be99e49cbd0 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-25T14:18:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 564862 bytes, checksum: e73502ca79bb97cacf0e6be99e49cbd0 (MD5) Previous issue date: 2017-02-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Atualmente muitas metodologias têm sido propostas para melhoria da predição de valores genéticos genômicos, no entanto, muitas delas assumem a pressuposição de que as variáveis respostas possuem distribuição gaussiana. Contudo, existem características como resistência a doença, bifurcação em árvores de eucalipto, estágios de florescimento e acamamento em plantas, entre outras, que são classificadas como categóricas, não possuindo distribuição gaussiana para os dados. Diante do exposto, objetivou-se comparar o modelo linear generalizado com o modelo linear de Gauss-Markov, obtendo os valores genéticos genômicos de indivíduos com fenótipos categóricos referentes a resistência à ferrugem do eucalipto, causada pelo patógeno Puccinia psidii Winter. Ambos os modelos foram aplicados quando a característica fenotípica possuía quatro classes de infecção (planta imune ou com reação de hipersensibilidade, pequenas pústulas, pústulas medianas e pústulas grandes) e quando estava categorizada como tipos de reação (resistente ou suscetível). O critério de informação da deviance (DIC - Deviance Information Criterion) foi utilizado para seleção do modelo adequado para descrever a característica fenotípica. O procedimento de validação cruzada via Jacknife foi utilizado para validação das estimativas. A acurácia preditiva e o viés foram utilizados para comparação dos modelos. Quando a característica foi categorizada com quatro classes de infecção, os valores de acurácia foram semelhantes para os dois modelos (diferença menor que 0,03). No entanto, quando a categorização foi realizada com duas classes, estas diferenças foram maiores que 0,03 para apenas um dos estimadores de acurácia. O viés na predição de valores genéticos genômicos foi melhor no modelo linear de Gauss- Markov em ambos os tipos de categorização. / Currently many methodologies have been proposed for improvement on the prediction of genomic breeding values, but many of them assume that the response variables have Gaussian distribution. However, there are trait such as resistance to disease in plants, bifurcation in eucalyptus trees, flowering of plants and others, which are classified as categorical data. In view of the above, the objective was to compare the use of generalized linear model with the linear Gauss-Markov model to obtain genomic breeding values of the categorical phenotypes related to resistance to rust in eucalyptus caused by Puccinia psidii Winter pathogen. Both models were applied when the trait had four infection levels (four classes) and when the trait was classified as reaction types (in this case, having two classes). The DIC (Deviation Information Criterion) was used to choose a model, which the effects explained better the variation of the trait. The cross validation procedure via Jacknife was used to validate the estimates of the models. The predictive accuracy and bias were used to compare the models when the evaluated traits had two and four classes. When trait had four classes, the models had similar accuracy values (difference less than 0.03) and when the trait was classified in two classes, the models presented different accuracy values for only one of the accuracy estimators applied. The bias in the prediction of genomic breeding values was better in the linear Gauss-Markov model.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2017-08-14T14:08:27Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1978433 bytes, checksum: 32b3bd186716af4ca62da484b2c51474 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-14T14:08:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1978433 bytes, checksum: 32b3bd186716af4ca62da484b2c51474 (MD5) Previous issue date: 2016-07-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A organização, ordem e conteúdo gênico de genomas plastidiais (plastomas) são bastante conservados em angiospermas, porém há exceções a esta regra. Este parece ser o caso do gênero Passiflora, pois há evidências de perdas não usuais de genes plastidiais para espécies deste gênero. Porém, nenhum plastoma de Passiflora foi publicado até o momento, o que dificulta estudos a respeito da evolução do plastoma deste grupo. Da mesma forma, o estudo das causas da incompatibilidade entre o genoma nuclear e plastoma, apresentada por alguns híbridos interespecíficos de Passiflora, tem se mantido obscuro devido à falta de sequências plastidiais disponíveis no banco de dados. Assim, visando começar a preencher estas lacunas e ainda permitir a caracterização de marcadores genéticos plastidiais e a construção de vetores para transformação plastidial em Passiflora, o presente trabalho teve como objetivo o sequenciamento, montagem, análise e caracterização do plastoma de Passiflora cincinnata. Os dados indicam uma massiva perda de genes plastidiais essenciais para a viabilidade celular (infA, rps7, rps16, rpl20, rpl22, ycf1 e ycf2), os quais, muito provavelmente, foram transferidos para o núcleo e seus produtos são importados pelos plastídios. Este genoma mostrou alta taxa de substituição de nucleotídeos para os genes accD e clpP. Apesar da alta divergência, a sequência traduzida destes genes mantém a maioria dos domínios funcionais previstos para as proteínas que codificam e com isso a funcionalidade dos mesmos não pode ser descartada. Além disso, múltiplas inversões também foram detectadas no plastoma de P. cincinnata, mudando a ordem de vários genes. Em conjunto, os dados sugerem uma incomum evolução do plastoma de P. cincinnata, caracterizada por perdas gênicas, inversões no genoma e presença de genes com aceleradas taxas de substituição de nucleotídeos. Assim, é possível sugerir que esta instabilidade do genoma e perda de genes essenciais possa estar relacionada com a incompatibilidade entre núcleo e plastoma observada em híbridos de Passiflora. Por fim, a sequência completa do plastoma de P. cincinnata, obtida neste trabalho torna viável a transformação plastidial nesta espécie, visando aplicações biotecnológicas, além de estudos evolutivos e de genética funcional. / The plastid genome (plastome) organization, gene content and order is well conserved in most angiosperms, but there are some exceptions. The Passiflora genus is one of those exceptions, because there are evidences of some unusual plastid gene losses to species of this genus. However, none plastome of Passiflora has been published to date, making studies related to the evolution and putative high instability of plastome in this group difficult. In parallel, the study of the causes of nucleus-plastome incompatibility, observed in interspecific hybrids of Passiflora, has remained obscure due to the lack of plastid sequences in the database. In the context, starting to fill these gaps and to enable the characterization of plastid genetic markers and the construction of vectors for plastid transformation in Passiflora, the aim of the present study was the sequencing, assembly, analysis and characterization of complete P. cincinnata plastome. The data indicate a massive loss of plastid genes that are essential for cell viability (infA, rps7, rps16, rpl20, rpl22, ycf1 and ycf2), which very likely were functionally transferred to the nucleus and its products are imported into plastid. This genome also showed a high rate of nucleotide substitution in several genes, such as accD and clpP. Despite this high divergence, the translated amino acid sequences of these genes retain most of functional domains predicted indicating that they can still encode functional proteins. In addition, multiple inversions were detected in the P. cincinnata plastome, changing the order of several genes. Taken together, the data suggest a markedly uncommon evolution of P. cincinnata plastome, characterized for gene losses, multiple inversions and genes with accelerated nucleotide substitution rates. Thus, it is possible to suggest that the genomic instability and essential genes losses, observed here, may be related to the genome- plastome incompatibility observed in Passiflora hybrids. This relation can be established and investigated of an accurate manner with the sequencing of other Passiflora plastomes. Finally, the complete plastome sequence of P. cincinnata obtained in this work enables the plastid transformation to this species, aiming biotechnology applications and studies of evolution and functional genetics.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2017-09-01T15:36:52Z No. of bitstreams: 1 texto compelto.pdf: 1217833 bytes, checksum: dd513c056c18e5f4c6c240e4782f8f2b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-01T15:36:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto compelto.pdf: 1217833 bytes, checksum: dd513c056c18e5f4c6c240e4782f8f2b (MD5) Previous issue date: 2017-03-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Com o desenvolvimento da biologia molecular, foi possível o desenvolvimento de metodologias que reduziriam o tempo, para obtenção de genótipos superiores. A seleção não se basearia em apenas dados fenotípicos, com o desenvolvimento da genotipagem, seria possível o estudo completo do genoma da espécie em trabalho, desta forma, ter uma maior utilização destas informações genéticas, geradas no melhoramento de plantas. Essa nova metodologia desenvolvida em 2001 foi denominada de Seleção Genômica Ampla (GWS), que foi criada para predizer o fenótipo futuro de uma população baseando em informações de marcadores moleculares, cujos os efeitos genéticos aditivos, que estes explicam, já foram previamente estimados. A seleção genômica ampla tornou-se uma metodologia importante no melhoramento genético de plantas e animais o que pode permitir melhores acurácias e seleção precoce. Com isto, o objetivo deste trabalho em primeiro momento foi realizar um estudo sobre os principais fatores responsáveis por modificarem a estrutura genética de uma população tendo em vista o acasalamento ao acaso e sucessivas gerações de autofecundação e também avaliar a eficácia do processo de simulação em gerar as populações avaliadas. Foram simulados dados de indivíduos e de informações moleculares das populações F 2 , derivadas de genitores homozigotos contrastantes. As populações geradas foram de tamanho de 1000 indivíduos e considerou-se seis grupos de ligação com níveis de saturação de 201 marcas moleculares, totalizando 1206 marcadores codominantes. As populações foram submetidas a cinco gerações de autofecundação e acasalamento ao acaso. Para as populações avaliadas, a estrutura genética foi preservada durante o processo de simulação, tornando assim, a simulação um método eficaz. Fatores como o desequilíbrio de ligação, dominância, endogamia, afetaram de forma diferencial, quanto ao tipo de sistema de acasalamento. Na segunda etapa do trabalho foram simuladas populações com estrutura populacional apresentando dados fenotípicos e genotípicos de cada indivíduo dentro da população, imitando alguns dos cenários em que a Seleção Genômica Ampla é aplicada. Com isso, o trabalho teve como objetivo avaliar a acurácia da seleção genômica em diferentes cenários de distribuição de efeitos genéticos e populações de validação. Uma vez geradas as populações na primeira etapa com um número de 1000 indivíduos, para os dados genotípicos considerou-se 1206 locos marcadores, sendo 30 locos que controlava o caráter com herdabilidade de 30 e 60 % e grau médio de dominância de 0.5 e 1.0. Distintos efeitos de QTL foram simulados, um de acordo com uma distribuição uniforme, outro com distribuição binomial e outro com uma distribuição exponencial com o objetivo de retratar diferentes arquiteturas genéticas. A metodologia RR-BLUP foi utilizada a fim de se computar a acurácia da seleção genômica nos diferentes cenários estabelecidos. A simulação foi eficiente em preservar a estrutura genética das populações, os resultados mostram que o efeito de dominância age como um agente perturbador e que a ação do ambiente também afeta o processo seletivo, para fins de recomendação de uso da GWS. / The selection would not be based on phenotypic data only, with the development of genotyping, it would be possible to study the genome of the species in the work, thus, to have a greater use of this genetic information generated in the breeding of plants. This new methodology, developed in 2001, was called Genomic Wide Selection (GWS), which was created to predict the phenotype of a population based on information from molecular markers, whose additive genetic effects, which they explain, have already been previously estimated. Broad genomic selection has become an important methodology in the genetic improvement of plants and animals, which may allow better accuracy and early selection. The main objective of this work was to study the main factors responsible for modifying the genetic structure of a population in order to randomly mating and successive generations of self- fertilization, as well as to evaluate the effectiveness of the simulation process in generating The populations evaluated. Data from individuals and molecular information of the F 2 populations derived from contrasting homozygous parents were simulated. The populations generated were of 1000 individuals and six binding groups were considered with saturation levels of 201 molecular tags, totaling 1206 codominant markers. The populations were submitted to five generations of self-fertilization and random mating. For the populations evaluated, the genetic structure was preserved during the simulation process, thus making simulation an effective method. Factors such as linkage disequilibrium, dominance, inbreeding, affected differentially, as to the type of mating system. In the second stage of the work, populations with population structure were simulated presenting phenotypic and genotypic data of each individual within the population, imitating some of the scenarios in which the broad genomic selection is applied. Thus, the objective of this work was to evaluate the accuracy of genomic selection in different scenarios of distribution of genetic effects and validation populations. Once the populations in the first stage with a number of 1000 individuals were generated, 1206 loco markers were considered for the genotypic data, 30 of which were loco that controlled the heritability of 30 and 60% and a mean degree of dominance of 0.5 and 1.0. Different effects of QTL were simulated, one according to a uniform distribution, another with binomial distribution and another with an exponential distribution aiming to portray different genetic architectures. The RR-BLUP methodology was used in order to compute the accuracy of the genomic selection in the different established scenarios. The simulation was efficient in preserving the genetic structure of the populations, the results show that the dominance effect acts as a disturbing agent and that the action of the environment also affects the selection process, for purposes of GWS use recommendation.

Made available in DSpace on 2016-02-26T13:34:39Z (GMT). No. of bitstreams: 2 melise_silveira_ioc_mest_2014.pdf: 2936486 bytes, checksum: f73183e180b237b1d6dc63c0c0afa155 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2016-02-23 / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Rio de Janeiro, RJ, Brasil / O surgimento de bactérias Gram-negativas resistentes à drogas tem sido progressivo e alarmante. Entre os patógenos de particular importância está Pseudomonas aeruginosa multirresistentes à drogas (MDR). Um clone epidêmico de P. aeruginosa MDR produtor da metalo-\03B2-lactamase SPM-1, chamado clone SP (ST277), tem sido encontrado em diferentes estados brasileiros. O gene blaSPM-1 foi descrito em uma estrutura genética chamada ISCR4, responsável pela sua mobilização e expressão. Além do gene blaSPM-1, tem sido descrito, neste clone, a presença de um integron de classe I carreando genes de resistência (In163) e um elemento genético ISCR14 carreando uma metilase de RNAr 16S (rmtD), que confere resistência a altas concentrações de aminoglicosídeos. Este tipo de associação resulta em um perfil de resistência extremamente preocupante. Assim, este estudo teve como objetivo investigar a contexto genético dos genes blaSPM-1 e rmtD, além de caracterizar mutações em genes cromossomais associados a multirresistência a antimicrobianos em amostras de P. aeruginosa pertencentes ao clone ST277, através de Sourthen blot e sequenciamento de nova geração. A partir de 50 amostras de P. aeruginosa MDR isoladas entre 2007 e 2010, foram selecionadas 13 amostras pertencentes ao ST277 (através de MLST) que apresentaram positividade para blaSPM-1 e/ou rmtD e In163 (através de PCR), sendo 12 do clone SP (A) e uma de um clone diferente, M, através de PFGE. Através de restrição do DNA com as enzimas de restrição SpeI e XbaI, e posterior hibridação com sondas dos genes alvos (blaSPM-1, rmtD e In163) foi possível observar que os genes alvos encontravam-se em fragmentos distintos e que a amostra do clone M apresentou um perfil de hibridação diferentes das demais amostras demonstrando a ocorrência de vários rearranjos na mesma, indicando uma maior distância evolutiva A partir destes resultados, selecionamos 6 amostras para sequenciamento total do genoma utilizando a plataforma de sequenciamento MiSeq da Illumina. Através de sucessivas análises - que incluíram os contigs gerados na montagem de novo, montagens por referência e alinhamentos par a par- chegamos a uma região de 239.648pb onde estavam contidos o In163 e o ISCR14 carreando rmtD, inseridos em uma ilha genômica incorporada ao cromossomo bacteriano. O gene blaSPM-1 inserido no ISCR4 foi encontrado em uma região de 13.959pb, que incluía genes relacionados a plasmídios e transposons, contudo ainda não sabemos se esse elemento está incorporado ao cromossomo, ou livre em forma de plasmídio. Através da análise das mutações em genes cromossômicos associados a resistência à antimicrobianos, encontramos mutações nos genes oprD, ampD, mexZ, mexS, mexT, gyrA e parC que foram comuns às 6 amostras sequenciadas do ST277. Isso explicaria o fenótipo MDR nas amostras negativas para rmtD e/ou blaSPM-1. Além disso, como estas amostras foram isoladas em estados e anos distintos, acreditamos que essas mutações sejam características do ST277, o que pode ser um dos fatores associados a distribuição epidêmica deste clone no Brasil / The development of antimicrobial resistance among Gram - negative pathogens has been progressive and relentless. A pathogen of particular concern is multidrug - resistant (MDR) Pseudomonas aeruginosa . An epidemic clone of MDR P. aeruginosa producing the metall o - β - lactamase SPM - 1, named SP clone (ST277), has been found in different Brazilian states. The bla SPM - 1 gene has been described in a genetic structure called ISCR4, responsible for its mobilization and expression. Besides the bla SPM - 1 gene, it has been des cribed in this clone, a classe I integron (In163) carrying resistance genes and the genetic element ISCR14 carrying a 16S rRNA metilase ( rmtD ), that confers resistance to high concentrations of aminoglycosides. This kind of association results in an extrem ely worrisome profile of resistance. Thus, this work aimed to investigate the genetic background of bla SPM - 1 and rmtD genes and to characterize mutations in chromosomal genes associated with multidrug resistance in P. aeruginosa isolates belonging to ST277 clone, using Sourthen blot and next - generation sequencing. From 50 MDR P. aeruginosa isolates recovered from 2007 to 2010,there were selected 13 bla SPM - 1 and /or rmtD - positive isolates (by PCR) belonging to ST277 (by MLST), 12 f rom SP (A) clone and one from a different PFGE clone (M). By DNA digestion with Spe I and Xba I restriction enzymes, and subsequent hybridization with probes for target genes ( bla SPM - 1 , rmtD and In163 ), it was observed that the target genes were in separate fragments, and that the M clone isolate showed a different profile compared with the other isolates, indicating various rearrangements, suggesting a greater evolutionary distance. With these results, 6 isolates were selected for whole genome sequencing by Illumina MiSeq platform. Through successive analyzes – which included de novo assembly contigs, map to reference assemblies and pairwise alignments - we came up to a 239648pb region containing the In163 and ISCR14 inserted into a genomic island incorporated into bacterial chromosome. The bla SPM - 1 gene was inserted into ISCR4, found in a 13950pb region, which included genes related to plasmids and transposons, however we do not know whether this element s chromosomal or plasmidial . Through analysis of chromoso mal genes mutations associated with multidrug resistance, we found mutations in oprD, ampD, mexZ, mexS, mexT, gyrA e parC genes, which were common to the 6 ST277 isolates sequenced. This would explain the MDR phenotype in bla SPM - 1 and/or rmtD negative isol ates. Furthermore, since these microorganisms were isolated in different years and states, we believe these mutations are ST277 characteristic, which may be one of the factors associated with the epidemic characteristics of this clone

Made available in DSpace on 2016-04-07T13:21:46Z (GMT). No. of bitstreams: 2 nelson_filho_ioc_dout_2015.pdf: 18433990 bytes, checksum: 8dd6a2876cb547b6a2d7fe8493822e55 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2015 / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Rio de Janeiro, RJ, Brasil / A inferência de homologia entre organismos é uma atividade da genômica comparativa que possibilita compreender melhor a relação entre os mesmos e, por conseguinte, sua distância evolutiva. Especificamente, a identificação de genes ortólogos, ou seja, aqueles que têm sua origem em um ancestral comum, permite oferecer melhorias na anotação funcional de genes, uma vez que genes ortólogos tendem a ter sua função conservada. Com a crescente disponibilidade de genomas através de técnicas de NGS, a construção e atualização de bases de dados de ortólogos representam um desafio constante, pois demandam o estudo e identificação das relações entre os genes de tais organismos, em um volume de dados cada vez mais extenso e a um custo computacional cada vez mais elevado. Nesta tese propomos a solução para nuvem computacional elastic-OrthoSearch, um workflow científico de genômica comparativa inspirado no OrthoSearch, responsável pela inferência de homologia entre organismos com o uso de abordagem baseada em melhores hits recíprocos e perfis de Markov. Também propomos uma metodologia para criação de bases de ortólogos construída através do reuso do OrthoSearch. Esta metodologia mostrou-se capaz de alavancar a oferta de grupos ortólogos e assim auxiliar, por exemplo, na identificação de alvos de protozoários / Homology inference among organisms is a comparative genomics tasks which allows for a better understanding on how such organisms are related to each other and on their evolutionary distance. Specifically, the identification of orthologous genes – those who share a common ancestor – allows for functional gene annotation improvements, as orthologous genes tend to preserve their functions. The increasing amount of genomic data provided by the NGS techniques makes the orthologous databases’ building and update processes a challenging task. It requires the identification and study of the organisms’ genes relationships, in an extensive data volume and at an increasing computational cost. In this thesis we propose elastic-OrthoSearch, a cloud-enabled comparative genomics scientific workflow, derived from OrthoSearch. It aims at providing homology inference among organisms, in a reciprocal best hits and Markov profiles approach. We also propose an improved orthologous database creation methodology built on top of OrthoSearch. Such methodology has shown means to offer a broader orthologous groups dataset, which could in turn aid on Protozoa target identification.

Made available in DSpace on 2016-04-12T12:41:56Z (GMT). No. of bitstreams: 2 diogo_tschoeke_ioc_dout_2013.pdf: 6504204 bytes, checksum: 8ee03e5b054b7754e81ce9d1e278efee (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2013 / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Rio de Janeiro, RJ, Brasil / Os protozoários são definidos como organismos eucariotos unicelulares, e apresentam grande diversidade e variedade. Cerca de 200 mil espécies são descritas e quase 10.000 são parasitas. As espécies patogênicas causam doenças como a malária, doença do sono, doença de Chagas, leishmaniose, amebíase e giardíase. Portanto, estudos comparativos entre os protozoários são importantes porque estes podem mostrar semelhanças e diferenças entre essas espécies. A identificação de ortólogos é importante para a categorização funcional de genomas, porque ortólogos tipicamente ocupam o mesmo nicho funcional nos diferentes organismos, enquanto a identificação de parálogos é importante porque eles são submetidos a uma diversificação funcional via duplicação, através dos processos de neofuncionalização e subfuncionalização. A fim de realizar uma análise comparativa de 22 protozoários, 204.624 proteínas não redundantes de Plasmodium, Entamoeba, Trypanosoma, Leishmania, Giardia, Theileria, Toxoplasma, Trichomonas e Cryptosporidium, foram submetidos ao programa OrthoMCL, resultando em 26.101 grupos homólogos. Entre eles, 21.119 grupos são ortólogos, incluindo 7.679 co-ortólogos (grupos que contêm parálogos recentes), e 4982 são parálogos internos. Entre os ortólogos, 348 são compartilhados por todas as 22 espécies e representam o núcleo proteômico de Protozoa Com este núcleo realizamos uma análise filogenômica, usando os 348 ortólogos concatenados, resultando em uma supermatriz de 328.228 posições, que geraram uma árvore de espécies para os 22 protozoários. Quando inferimos os diferentes Núcleos Proteômicos, Kinetoplastida tem 5.000 grupos ortólogos e 67,92 % (3396/5000) são Kinetoplastida específicos, além disso, 46,29% (1592/3396) destes ortólogos são anotados como "hipotéticos". O núcleo proteômico de Apicomplexa tem 986 grupos ortólogos e 27,82% (224/986) são específicos, enquanto que 40,63% (92 /224) destes são classificados como hipotéticos. O núcleo proteômico de Entamoeba tem 5.915 grupos ortólogos e 75,08% (4441/5915) destes grupos são específicos, sendo que 65,41% (2905/4441) são anotados como hipotéticos. Analisando os parálogos, Trichomonas vaginalis foi a espécie que apresentou o maior número de grupos parálogos internos, 2933, e também mostrou 948 co-ortólogos totalizando 3.881 parálogos. Um aprofundamento da análise na ordem Kinetoplastida mostrou que Trypanosoma cruzi apresenta o número mais elevado de duplicações, totalizando 5.777 parálogos, sendo 4963 co-ortólogos e 814 parálogos internos Os resultados da montagem e análise de L. amazonensis resultaram 29.670.588 bases e 8802 CDS identificadas. A análise comparativa do gênero Leishmania mostrou que as seis espécies estudadas compartilham 7016 ortólogos, enquanto L. amazonensis e L. mexicana têm o maior número de ortólogos-específicos e L. braziliensis o maior número de paralogos internos. A análise filogenômica mostrou a posição taxonômica esperada de L. amazonensis e juntamente com L. mexicana formando o "complexo Mexicana", além da separação esperada do subgênero Leishmania. Encontramos potenciais proteínas análogas entre L. amazonensis e Homo sapiens e dentro do genoma de L. amazonensis, denominados análogos intragenômicos. Finalmente, a mineração por genes de RNAi mostrou que L. amazonensis , provavelmente não apresenta esta via funcional / Protozoa are defined as single celled eukaryotic organisms showing an extremely diversity and variety. Approximately 200,000 species are described and nearly 10,000 are parasitic. The pathogenic species cause diseases such as malaria, sleeping sickness, Ch agas disease, leishmaniasis, amoebiasis and giardiasis. Therefore, comparative studies among Protozoa are important because they may identify similarities and differences in these species. Orthologs identification is central to functional characterization of genomes because orthologs typically occupy the same functional niche in different organisms, while paralogs identification is important because they undergo a functional diversification by duplication, via the processes of neofunctionalization and subfu nctionalization. In order to perform comparative protozoa analysis, 204,624 non - redundant proteins from Plasmodium , Entamoeba , Trypanosoma , Leishmania , Giardia , Theileria , Toxoplasma , Trichomonas and Cryptosporidium , totalizing 22 species, were submitted t o OrthoMCL resulting in 26,101 homologs groups. Among them, 21,119 groups are orthologs including 7,679 co - orthologs (groups that contain recent paralogs) and 4,982 are inparalogs. Among the orthologs, 348 are shared by all 22 species, representing the Pro tozoa core proteome, with this core we perform ed a phylogenomic analysis with the 348 concatenated orthologs, resulting in a global supermatrix of 328,228 positions that generate a species tree for the 22 protozoa. When we inferred Core Proteome, the Kinet oplastida core has 5,000 orthologous groups and 67.92% (3,396/5000) are Kinetoplastida Specific, besides 46.29% (1,592/3,396) of these orthologs are annotated as “hypothetical”. Apicomplexa Core Proteome has 986 orthologous groups and 27.82% (224/986) are Apicomplexa Specific whereas 40.63% (92/224) were classified as hypothetical proteins. Entamoeba Core Proteome has 5,915 orthologous groups and 75.08% (4,441/5,915) of these groups are Entamoeba Specific and 65.41% (2,905/4441) were annotated as hypothetic al. Analyzing the paralogs, Trichomonas vaginalis was the specie s that presented the highest number of inparalogs groups, 2,933 and also showed 948 co - orthologs totalizing 3881 paralogs. A deep look into the Kinetoplastida order showed that Trypanosoma cruzi has the highest duplication number, totalizing 5777 paralogs, 4963 co - orthologs and 814 inparalogs groups . The L. amazonensis analysis resulted in 29,670,588 bases assembled, and 8802 CDS identified. Comparative analysis into the Leishman ia genus showed that these 6 species share 7016 ortologs, whilst L. amazonensis and L. mexicana has the biggest number of specific orthologs and L. braziliensis biggest number of inparalogs. Phylogenomic analysis showed the expected L. amazonensis taxonomi c position together with L. mexicana forming the “Mexicana complex” and the New and Old Leishmania (L . ). spp. separation. Potential analagous proteins were found between L. amazonensis and H omo sapiens , and also into the L. amazonensis proteome. Finally, R NAi analysis showed that L. amazonensis , probably, do not have functional RNAi pathway

A Fixação Biológica de Nitrogênio (FBN), processo no qual o nitrogênio atmosférico é convertido à amonia, é muito bem estabelecida entre bactérias diazotróficas coletivamente chamadas de rizóbios e espécies leguminosas. No Brasil, esse tipo de associação (simbiótica) supre totalmente a necessidade de nitrogênio na cultura da soja. Para que a infecção seja efetiva e possa resultar na formação de um nódulo capaz de sustentar o processo de FBN conduzido pelo bacterioide, o rizóbio necessita, previamente, reconhecer e responder à presença das raízes da planta compatível. As associações simbióticas entre rizóbios e plantas leguminosas são altamente específicas, de forma que cada espécie, ou até mesmo estirpe de rizóbio, possui uma gama definida de plantas às quais está apto a se associar, e vice-versa. A principal função dos produtos dos genes de nodulação (nod) é garantir a troca de sinais entre os dois organismos envolvidos na relação simbiótica, onde os produtos dos genes nod regulatórios atuam no controle da expressão de genes nod estruturais. A expressão de genes nod estruturais, via de regra, não ocorre de forma autônoma nos micro-organismos simbiontes do gênero Bradyrhizobium, requerendo assim a presença de moléculas sinalizadoras secretadas pelas raízes das plantas (predominantemente flavonoides) e ativadores transcricionais do tipo-LysR – as proteínas NodD regulatórias. Neste contexto, motivos específicos das proteínas NodD ligam-se a sequências conservadas na região promotora do operon nod, conhecidas como nod boxes, mediando a transcrição dos genes nod. Aparentemente, este sistema regulatório envolvendo as proteínas NodD está presente na maioria das estirpes de Rhizobium, Bradyrhizobium e Azorhizobium, sugerindo um mecanismo geral de controle da nodulação. Em B. diazoefficiens, duas proteínas NodD foram identificadas, com funções e padrões de expressão distintos: NodD1, ativador da transcrição dos genes nod responsivo aos flavonoides liberados pelas raízes das plantas, e NodD2, com ação contrária, atuando como repressor da transcrição desses genes. Enquanto existe uma quantidade relativamente grande de conhecimento em relação à genética e aos mecanismos moleculares que regulam a expressão dos genes envolvidos na nodulação de B. diazoefficiens, incluindo a sequência completa de seu genoma, informações sobre a genética de B. elkanii ainda são relativamente escassas, mesmo que existam alguns dados genômicos disponíveis. Neste trabalho, sequências genômicas de seis linhagens de B. elkanii foram comparadas com o genoma da linhagem de referência B. diazoefficiens USDA 110 com o objetivo de elucidar mecanismos envolvidos na expressão dos genes nod, especialmente aqueles relacionados ao operon e ao regulon nod. Os resultados obtidos permitiram acrescentar aspectos importantes no modelo de regulação apresentado para a linhagem de referência e que pode ser estendido para linhagens de B. elkanii. / The Biological Nitrogen Fixation (BNF), process in which atmospheric nitrogen is converted to ammonia, is well established among diazotrophs collectively called rhizobia and legume species. In Brazil, this type of symbiotic association fully meets the need for nitrogen in soybean crop. To infection be effective and result in the formation of a nodule able to sustain the BNF process lead by the bacterioid, the rhizobia need previously to recognize and respond to the presence of the root of a compatible plant. The symbiotic associations between rhizobia and leguminous plants are highly specific, so that each species or even strain of rhizobia has a defined range of plants to which it is able to associate, and vice-versa. The main function of the products of nodulation (nod) genes is to guarantee the exchange of signals between the two organisms involved in the symbiotic relationship, where the products of regulatory nod genes act to control the expression of structural nod genes. The expression of structural nod genes usually does not occur independently in the symbiotic microorganisms of the Bradyrhizobium genus, thus requiring the presence of signalling molecules secreted by plant roots (predominantly flavonoids) and transcriptional activators – the LysR-type regulatory NodD proteins. In this context, NodD proteins bind to specific motifs of conserved sequences in the promoter region of the nod operon, known as nod boxes, mediating transcription of the nod genes. Apparently, this regulatory system involving NodD proteins is present in most strains of Rhizobium, Bradyrhizobium and Azorhizobium, suggesting a general mechanism of nodulation control. In B. diazoefficiens two NodD proteins were identified with distinct functions and expression patterns: NodD1, a flavonoid responsive transcriptional activator of nod genes, and NodD2 with counteraction, acting as a transcriptional repressor of these genes. While there is a relatively large amount of knowledge about the genetics and molecular mechanisms that regulate the expression of genes involved in B. diazoefficiens nodulation, including the complete sequence of its genome, genetic information concerning B. elkanii is still relatively sparse, even if there are some available genomic data. In this study, genomic sequences of six strains of B. elkanii were compared with the genome of the reference strain B. diazoefficiens USDA 110 in order to elucidate mechanisms involved in the expression of nod genes, especially those related to the nod operon and the nod regulon. The results obtained allowed to add important aspects in the regulatory model presented to the reference strain and that could be extended to strains of B. elkanii.