O leite bovino é um alimento essencial na nutrição humana, principalmente para os mais jovens por ser uma fonte importante de proteínas, minerais e vitaminas. A crescente demanda por quantidade e qualidade de leite nos últimos anos tem impulsionado inúmeras pesquisas, principalmente em relação ao perfil de ácidos graxos por diferir substancialmente das exigências humanas. Nutrição e melhoramento genético são os principais fatores capazes de promover a alteração da qualidade nutricional do leite. Por muito tempo as mudanças alcançadas via melhoramento genético foram obtidas exclusivamente com base na genética quantitativa, mas a partir dos anos 90 o interesse nesta área passou a ser divido com a genética molecular. Os avanços alcançados na biologia molecular obtidos por meio do mapeamento e sequenciamento do genoma das diversas espécies e de estudos de associação fenótipo-genótipo vêm auxiliando a explicar o fundo genético das características quantitativas. Atualmente, a maioria dos estudos de associação fenótipo-genótipo foram delineados para estimar apenas efeitos genéticos aditivos em um único lócus. No entanto, parte da variação observada nestes fenótipos resultam da interação entre loci ou genes, tornando estes estudos fundamentais para conhecer a origem da variação biológica destas características. Assim, os objetivos deste estudo foram: I) Associar polimorfismos de nucleotídeo único (SNPs) com características produtivas e o perfil de ácidos graxos no leite; e II) Identificar interações entre os SNPs associados a estas características no leite de bovinos da raça Holandesa. Fenótipo ajustado de 760 vacas para o efeito fixo de grupo de contemporâneo e covariáveis dias em lactação, idade à mensuração e produção de leite, e 6.553 SNPs foram considerados para realizar a associação por meio de regressão SNP a SNP. No total nove SNPs foram associados a uma ou mais características relacionadas ao teor de gordura e perfil de ácidos graxos. Algumas destas associações evidenciam a presença de epistasia e/ou pleiotropia entre estas regiões. Para a identificação de interação entre os SNPs, foram usados modelos que consideraram os efeitos individuais (aditivo e dominante) e os efeitos individuais e de interação entre os nove SNPs para comparação por meio do teste de razão de verossimilhança (LRT). Foi observado efeito epistático aditivo x dominante (P < 0,01) somente entre os marcadores ARS-BFGL-NGS-71749 e ARS-BFGL-NGS-34135, ambos situados no cromossomo 14 bovino (BTA14), para as características teor de ácidos graxos saturados e teor de ácido palmítico (C16:0). Para o melhor entendimento da sua interação biológica existe ainda a necessidade de maior conhecimento sobre as rotas metabólicas em que tais genes identificados estão situados estes marcadores. Mais estudos nestas regiões cromossômicas possibilitarão ampliar o conhecimento sobre os genes e suas interações. / Bovine milk is an essential food in human nutrition, especially for younger people for being as important source of proteins, minerals and vitamins. The growing for quantity and quality for milk in recent years has stimulated numerous studies, especially regarding the fatty acid profile by differ substantially of human requirements. Nutrition and animal breeding are the main factors which would enhance change the nutritional quality of cow milk. For a long time the changes achieved by animal breeding were obtained purely based on quantitative genetics, but from 90 the interest in this area came to be divided with molecular genetics. The advances made in the molecular biology obtained through the mapping and sequencing of the genomes of different species and genome-wide association studies is helping to explain more about the genetic background of quantitative traits. Currently, most of genome-wide association studies were designed to estimate additive genetic effects only at a single locus, excluding additional effects. However, part of the observed variation in these phenotypes result from the interaction between genes or loci, thus, such studies are also important for the understanding of the origin of biological variation of these traits, such as their metabolic and biochemical pathways. The aims of this study were: I) Associate single nucleotide polymorphisms (SNPs) with production traits and fatty acid profile in milk; and II) Identify interactions between SNPs associated with these traits in milk from Holstein cows. Phenotype adjusted of 760 cows for the fixed effects of contemporary group and covariates days in milk, age at measurement and milk yield, and information from 6,553 SNPs were considered for performing the association using single SNP regression method. A total of nine SNPs were associated with one or more traits related to the fat percentage and fatty acid profile. Some of these associations showed the presence of epistasis and/or pleiotropy between these regions. To identify interaction between SNPs, models that consider the individual effects (additive and dominance); and individual and interaction effects between the nine SNPs for comparison using the likelihood ratio test (LRT). Additive x dominance epistatic effect (P < 0.01) was observed only between markers ARS-BFGL-NGS- 71749 and ARS-BFGL-NGS-34135, both located on chromosome 14 (Bos taurus autossome, BTA14), for fat percentage (FP), saturated fatty acids (SFA) and palmitic acid (C16:0). For a better understanding of its biological interaction there is a need for greater knowledge of the metabolic pathways in with these genes identified these markers are located. More studies will enable these chromosomal regions expand knowledge about genes and their interactions.

Made available in DSpace on 2015-03-05T13:57:00Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 28 / Nenhuma / Microarranjos têm sido fortemente usados para monitorar, somultaneamente, o padrão de expressão de milhares de genes. Assim, uma grande quantidade de dados tem sido gerada e o desafio atual é descobrir como extrair informações úteis destes conjuntos de dados. Dados de Microarranjos são fortemente especializados, envolvendo diversas variáveis de forma não linear e temporal, necessitando de modelos recorrentes não lineares, os quais são complexos para formular e analisar. Este trabalho propõe a utilização de Redes Nunes Recorrentes (RNR) como modelo para os dados devido às suas habilidades de aprendizado de sistemas nâo-lineares e complexos. Uma vez obtido um modelo para os dados utilizando uma RNR, é possível extrair regras que representam as características aprendidas. Analisando as regras em conjunto com a base de dados, propõe-se a representação do conhecimento utilizando Cadeias de Markov. Tais Cadeias são facilmente visualizadas, na forma de grafos de estados, apresentando as interações entre os níveis de / Array technologies have made it strainghtforward to simultaneously monitor the expression pattern of thousands of genes. Thus, a lot fot data is being generated and the challenge now is to discover how to extract useful information from these data sets. Microarray data is highly specialized. It involves several variables in a nonlinear and temporal way, demanding nonlinear recurrent free models, which are complex to formulate and to analyse. So, this work proposes the use of Rucurrent Neural Networks(RNN) for data modeling, due to their learning hability of nonlinear and complex systems. Once a model is obtained with a RNN for the data, it is possible to extract rules to represent the knowledge acquired by them. From rule analisys, this work proposes the representation of the knowledge by Markov Chains model, which is easily visualized in the form of a graph of states, which show the interactions among the gene expression levels and their changes in time. In this work, we propose a new approach to microarra

O leite bovino é um alimento essencial na nutrição humana, principalmente para os mais jovens por ser uma fonte importante de proteínas, minerais e vitaminas. A crescente demanda por quantidade e qualidade de leite nos últimos anos tem impulsionado inúmeras pesquisas, principalmente em relação ao perfil de ácidos graxos por diferir substancialmente das exigências humanas. Nutrição e melhoramento genético são os principais fatores capazes de promover a alteração da qualidade nutricional do leite. Por muito tempo as mudanças alcançadas via melhoramento genético foram obtidas exclusivamente com base na genética quantitativa, mas a partir dos anos 90 o interesse nesta área passou a ser divido com a genética molecular. Os avanços alcançados na biologia molecular obtidos por meio do mapeamento e sequenciamento do genoma das diversas espécies e de estudos de associação fenótipo-genótipo vêm auxiliando a explicar o fundo genético das características quantitativas. Atualmente, a maioria dos estudos de associação fenótipo-genótipo foram delineados para estimar apenas efeitos genéticos aditivos em um único lócus. No entanto, parte da variação observada nestes fenótipos resultam da interação entre loci ou genes, tornando estes estudos fundamentais para conhecer a origem da variação biológica destas características. Assim, os objetivos deste estudo foram: I) Associar polimorfismos de nucleotídeo único (SNPs) com características produtivas e o perfil de ácidos graxos no leite; e II) Identificar interações entre os SNPs associados a estas características no leite de bovinos da raça Holandesa. Fenótipo ajustado de 760 vacas para o efeito fixo de grupo de contemporâneo e covariáveis dias em lactação, idade à mensuração e produção de leite, e 6.553 SNPs foram considerados para realizar a associação por meio de regressão SNP a SNP. No total nove SNPs foram associados a uma ou mais características relacionadas ao teor de gordura e perfil de ácidos graxos. Algumas destas associações evidenciam a presença de epistasia e/ou pleiotropia entre estas regiões. Para a identificação de interação entre os SNPs, foram usados modelos que consideraram os efeitos individuais (aditivo e dominante) e os efeitos individuais e de interação entre os nove SNPs para comparação por meio do teste de razão de verossimilhança (LRT). Foi observado efeito epistático aditivo x dominante (P < 0,01) somente entre os marcadores ARS-BFGL-NGS-71749 e ARS-BFGL-NGS-34135, ambos situados no cromossomo 14 bovino (BTA14), para as características teor de ácidos graxos saturados e teor de ácido palmítico (C16:0). Para o melhor entendimento da sua interação biológica existe ainda a necessidade de maior conhecimento sobre as rotas metabólicas em que tais genes identificados estão situados estes marcadores. Mais estudos nestas regiões cromossômicas possibilitarão ampliar o conhecimento sobre os genes e suas interações. / Bovine milk is an essential food in human nutrition, especially for younger people for being as important source of proteins, minerals and vitamins. The growing for quantity and quality for milk in recent years has stimulated numerous studies, especially regarding the fatty acid profile by differ substantially of human requirements. Nutrition and animal breeding are the main factors which would enhance change the nutritional quality of cow milk. For a long time the changes achieved by animal breeding were obtained purely based on quantitative genetics, but from 90 the interest in this area came to be divided with molecular genetics. The advances made in the molecular biology obtained through the mapping and sequencing of the genomes of different species and genome-wide association studies is helping to explain more about the genetic background of quantitative traits. Currently, most of genome-wide association studies were designed to estimate additive genetic effects only at a single locus, excluding additional effects. However, part of the observed variation in these phenotypes result from the interaction between genes or loci, thus, such studies are also important for the understanding of the origin of biological variation of these traits, such as their metabolic and biochemical pathways. The aims of this study were: I) Associate single nucleotide polymorphisms (SNPs) with production traits and fatty acid profile in milk; and II) Identify interactions between SNPs associated with these traits in milk from Holstein cows. Phenotype adjusted of 760 cows for the fixed effects of contemporary group and covariates days in milk, age at measurement and milk yield, and information from 6,553 SNPs were considered for performing the association using single SNP regression method. A total of nine SNPs were associated with one or more traits related to the fat percentage and fatty acid profile. Some of these associations showed the presence of epistasis and/or pleiotropy between these regions. To identify interaction between SNPs, models that consider the individual effects (additive and dominance); and individual and interaction effects between the nine SNPs for comparison using the likelihood ratio test (LRT). Additive x dominance epistatic effect (P < 0.01) was observed only between markers ARS-BFGL-NGS- 71749 and ARS-BFGL-NGS-34135, both located on chromosome 14 (Bos taurus autossome, BTA14), for fat percentage (FP), saturated fatty acids (SFA) and palmitic acid (C16:0). For a better understanding of its biological interaction there is a need for greater knowledge of the metabolic pathways in with these genes identified these markers are located. More studies will enable these chromosomal regions expand knowledge about genes and their interactions.

A metamorfose em insetos é um dos mais complexos e belos eventos biológicos conhecidos, dirigido por sucessivas alterações morfo-fisiológicas. Este intricado processo é coordenado por componentes moleculares como ecdisteroides (20E) e hormônio juvenil (HJ), fatores de transcrição e microRNAs (miRNAs). Os miRNAs regulam a expressão de genes-alvo, que por sua vez orquestram alterações fisiológicas e anatômicas necessárias para o completo desenvolvimento do organismo. Apesar do enorme esforço, os circuitos genéticos e endócrinos que regulam a metamorfose em insetos sociais, como a abelha Apis mellifera, estão longe de serem completamente esclarecidos. Os miRNAs são importantes componentes da maquinaria celular e parecem ser ubíquos no controle de processos biológicos. Desvendar novas interações miRNA-mRNAs alvo envolvidas com a metamorfose e a regulação das cascatas de 20E e HJ lançará uma luz sobre esse complexo evento. Em nosso estudo nós investigamos os papéis de miR-34, miR-281, miR-252a e miR-252b, conhecidos como reguladores da metamorfose em insetos, no modelo A. mellifera. Todos estes miRNAs revelaram alto grau de conservação filogenética, bem como responderam ao tratamento com 20E, sofrendo flutuações na abundância de transcritos. Usando as informações disponíveis e nossos bancos de dados, nós identificamos interações envolvendo estes miRNAs e genes participantes nas cascatas de HJ e 20E: ultraspiracle (Usp), fushi tarazu-transcription factor 1 (ftz-f1), ecdysone receptor (EcR), calponin (chd64), insulin receptor 2 (inr2), e Krüppel homolog 1 (Krh1). A predição das interações miRNA-mRNAs alvo revelou que os receptores de ecdisteroides EcR e Usp, bem como o fator de transcrição ftz-f1 são alvos importantes dos miRNAs estudados, apresentando sítios para os quatros miRNAs investigados. Observamos também que os seis genes codificadores de proteína são putativamente alvejados por miR-34. Por meio do ensaio da luciferase, pudemos validar as interações entre miR-34 e os alvos Kr-h1, chd64 e inr2; miR-252a e os alvos ftz-f1 e EcR; miR-252b e os alvos chd64 e ftz-f1; miR-281 e os alvos ftz-f1, EcR e Usp. A investigação dos perfis de expressão dos miRNAs ao longo do desenvolvimento larval (L3-PP3) e pupal (Pw), contrastados com os perfis de seus respectivos alvos, apontou muitos casos de relações positivas miRNA-mRNA. Estes resultados complementaram os resultados de validação, e expuseram a regulação exercida pelo miRNA sobre seus alvos. Juntos, os nossos resultados apontam para novas interações miRNA-mRNAs, envolvidas com a metamorfose em A. mellifera. As regulações por nós propostas e validadas bem como suas caracterizações e relações com os hormônios reguladores da metamorfose, são inéditas e acrescentam muito ao conhecimento sobre a regulação da metamorfose em A. mellifera. Nesse contexto, nossa pesquisa definitivamente contribui para uma melhor compreensão dos eventos moleculares envolvidos com a metamorfose de abelhas. / Insect metamorphosis is one of the most complex and beautiful of known biological events; it consists of successive morphological and physiological alterations. This intricate process is coordinated by various molecular components, including ecdysteroids (20E), juvenile hormone (JH), transcription factors and microRNAs (miRNAs). The miRNAs regulate gene expression, which in turn orchestrates physiological and anatomical changes necessary for successful insect ontogeny. Despite enormous efforts, the endocrine and genetic circuits that regulate metamorphosis in social insects, such as honey bees (Apis mellifera), are far from being completely elucidated. The miRNAs are a substantial component of this molecular machinery and seem to be ubiquitously involved in the control of biological processes. Disclosing new miRNA-target interactions involved in metamorphosis and in the regulation of 20E and JH cascades can shed light on these poorly understood events. In this study, we provide new pieces to this puzzle. We investigated the roles of miR-34, miR-281, miR-252a and miR-252b, known to be important regulators of insect metamorphosis, in the A. mellifera model. All of these miRNAs revealed a high degree of phylogenetic conservation and responded to treatment with 20E, which altered transcript abundance. Using available information and our databases, we identified interactions involving these miRNAs and the component genes of JH and 20E pathways: ultraspiracle (Usp), fushi tarazu-transcription factor 1 (ftz-f1), ecdysone receptor (EcR), calponin (chd64), insulin receptor 2 (inr2), and Krüppel homolog 1 (Kr-h1). Prediction of miRNA-target interactions revealed that the ecdysteroid receptors EcR and Usp and the transcription factor ftz-f1 are highly targeted by miRNAs involved in metamorphosis; they presented binding sites for all four miRNAs. We also observed that all six-protein coding genes are putatively targeted by miR-34. Using the luciferase assay, we were able to validate the interactions of miR-34 with the targets Krh1, chd64 and inr2; miR-252a with the targets ftz-f1 and EcR; miR-252b with the targets chd64 and ftz-f1; and miR-281 with the targets ftz-f1, EcR and Usp. Investigation of miRNA expression profiles during larval (L3-PP3) and pupal (Pw) development, as a function of the profiles of their respective targets, demonstrated many cases of positive miRNA-mRNA relationships. These results complemented the validation results, showing how the miRNAs regulate their targets. In conclusion, we identified various previously unknown miRNA-mRNA interactions involved in the metamorphosis of A. mellifera. The regulatory pathways proposed and validated by us, as well as their characterizations and relationships with metamorphosis regulator hormones, are unique and add to the understanding of the regulation of metamorphosis in A. mellifera. In this context, our research contributes to a better understanding of the molecular events involved in honey bee metamorphosis.

A metamorfose em insetos é um dos mais complexos e belos eventos biológicos conhecidos, dirigido por sucessivas alterações morfo-fisiológicas. Este intricado processo é coordenado por componentes moleculares como ecdisteroides (20E) e hormônio juvenil (HJ), fatores de transcrição e microRNAs (miRNAs). Os miRNAs regulam a expressão de genes-alvo, que por sua vez orquestram alterações fisiológicas e anatômicas necessárias para o completo desenvolvimento do organismo. Apesar do enorme esforço, os circuitos genéticos e endócrinos que regulam a metamorfose em insetos sociais, como a abelha Apis mellifera, estão longe de serem completamente esclarecidos. Os miRNAs são importantes componentes da maquinaria celular e parecem ser ubíquos no controle de processos biológicos. Desvendar novas interações miRNA-mRNAs alvo envolvidas com a metamorfose e a regulação das cascatas de 20E e HJ lançará uma luz sobre esse complexo evento. Em nosso estudo nós investigamos os papéis de miR-34, miR-281, miR-252a e miR-252b, conhecidos como reguladores da metamorfose em insetos, no modelo A. mellifera. Todos estes miRNAs revelaram alto grau de conservação filogenética, bem como responderam ao tratamento com 20E, sofrendo flutuações na abundância de transcritos. Usando as informações disponíveis e nossos bancos de dados, nós identificamos interações envolvendo estes miRNAs e genes participantes nas cascatas de HJ e 20E: ultraspiracle (Usp), fushi tarazu-transcription factor 1 (ftz-f1), ecdysone receptor (EcR), calponin (chd64), insulin receptor 2 (inr2), e Krüppel homolog 1 (Krh1). A predição das interações miRNA-mRNAs alvo revelou que os receptores de ecdisteroides EcR e Usp, bem como o fator de transcrição ftz-f1 são alvos importantes dos miRNAs estudados, apresentando sítios para os quatros miRNAs investigados. Observamos também que os seis genes codificadores de proteína são putativamente alvejados por miR-34. Por meio do ensaio da luciferase, pudemos validar as interações entre miR-34 e os alvos Kr-h1, chd64 e inr2; miR-252a e os alvos ftz-f1 e EcR; miR-252b e os alvos chd64 e ftz-f1; miR-281 e os alvos ftz-f1, EcR e Usp. A investigação dos perfis de expressão dos miRNAs ao longo do desenvolvimento larval (L3-PP3) e pupal (Pw), contrastados com os perfis de seus respectivos alvos, apontou muitos casos de relações positivas miRNA-mRNA. Estes resultados complementaram os resultados de validação, e expuseram a regulação exercida pelo miRNA sobre seus alvos. Juntos, os nossos resultados apontam para novas interações miRNA-mRNAs, envolvidas com a metamorfose em A. mellifera. As regulações por nós propostas e validadas bem como suas caracterizações e relações com os hormônios reguladores da metamorfose, são inéditas e acrescentam muito ao conhecimento sobre a regulação da metamorfose em A. mellifera. Nesse contexto, nossa pesquisa definitivamente contribui para uma melhor compreensão dos eventos moleculares envolvidos com a metamorfose de abelhas. / Insect metamorphosis is one of the most complex and beautiful of known biological events; it consists of successive morphological and physiological alterations. This intricate process is coordinated by various molecular components, including ecdysteroids (20E), juvenile hormone (JH), transcription factors and microRNAs (miRNAs). The miRNAs regulate gene expression, which in turn orchestrates physiological and anatomical changes necessary for successful insect ontogeny. Despite enormous efforts, the endocrine and genetic circuits that regulate metamorphosis in social insects, such as honey bees (Apis mellifera), are far from being completely elucidated. The miRNAs are a substantial component of this molecular machinery and seem to be ubiquitously involved in the control of biological processes. Disclosing new miRNA-target interactions involved in metamorphosis and in the regulation of 20E and JH cascades can shed light on these poorly understood events. In this study, we provide new pieces to this puzzle. We investigated the roles of miR-34, miR-281, miR-252a and miR-252b, known to be important regulators of insect metamorphosis, in the A. mellifera model. All of these miRNAs revealed a high degree of phylogenetic conservation and responded to treatment with 20E, which altered transcript abundance. Using available information and our databases, we identified interactions involving these miRNAs and the component genes of JH and 20E pathways: ultraspiracle (Usp), fushi tarazu-transcription factor 1 (ftz-f1), ecdysone receptor (EcR), calponin (chd64), insulin receptor 2 (inr2), and Krüppel homolog 1 (Kr-h1). Prediction of miRNA-target interactions revealed that the ecdysteroid receptors EcR and Usp and the transcription factor ftz-f1 are highly targeted by miRNAs involved in metamorphosis; they presented binding sites for all four miRNAs. We also observed that all six-protein coding genes are putatively targeted by miR-34. Using the luciferase assay, we were able to validate the interactions of miR-34 with the targets Krh1, chd64 and inr2; miR-252a with the targets ftz-f1 and EcR; miR-252b with the targets chd64 and ftz-f1; and miR-281 with the targets ftz-f1, EcR and Usp. Investigation of miRNA expression profiles during larval (L3-PP3) and pupal (Pw) development, as a function of the profiles of their respective targets, demonstrated many cases of positive miRNA-mRNA relationships. These results complemented the validation results, showing how the miRNAs regulate their targets. In conclusion, we identified various previously unknown miRNA-mRNA interactions involved in the metamorphosis of A. mellifera. The regulatory pathways proposed and validated by us, as well as their characterizations and relationships with metamorphosis regulator hormones, are unique and add to the understanding of the regulation of metamorphosis in A. mellifera. In this context, our research contributes to a better understanding of the molecular events involved in honey bee metamorphosis.