This thesis presents a more in-depth understanding of the interaction between the pathogenic fungus Sporisorium scitamineum and sugarcane, a disease known as \"cane smut\". The development of a long structure like a \"whip\" from the meristem of infected plants is the main characteristic of the disease, allowing the effective dispersion of teliospores in the field. Infected plants have a reduced sucrose content and juice quality, leading to considerable economic losses. In the first chapter, the gene expression profile of the pathogen during its development in planta - in the first moments of infection and after the emission of the whip - and in vitro was evaluated using the RNAseq technique. Were analyzed genes preferentially expressed in each condition, differentially expressed in comparison to its growth in vitro, and expressed only during interaction. The results allowed the identification of some potential pathogenicity mechanisms, active effectors and gene clusters expressed only during interaction. In the second chapter, the transient expression technique was used to determine the target cell compartment of some of the candidate effectors and to establish a viable protocol for the study of S. scitamineum proteins. The four putatively secreted genes most expressed during the initial moments of the interaction were fused to the gene encoding the fluorescent green protein (Citrine) and expressed in Nicotiana benthamiana. The results of confocal microscopy and westernblots indicated an accumulation of each candidate protein in the membrane, cytosol and/or nucleus, in addition to the occurrence of post-translational modifications. These data offer new study opportunities for the identification of plant proteins that interact with such effectors. In the third chapter, the transcriptional responses of sugarcane in the first moments of a compatible interaction and after the development of the whip were analyzed using again the data obtained from the dual RNAseq cane-smut. Among the main responses, was identified an increase in MADS-type transcription factors expression, indicating that the whip development may use a route similar to flowering, whose signaling seems to start as early as the colonization. In addition, whip development is accompanied by increased transcription of genes involved in energetic pathways, and hormones synthesis and signaling pathways. Genes encoding RGAs were differentially expressed and may be related to pathogen effector\'s recognition. In the fourth chapter, the metabolic profile of sugarcane was evaluated during disease progression, confirming that in the meristem of infected plants carbon allocation is channeled to energetic pathways, besides the regulation of several amino acids and changes in plant cell composition in response to whip development. Metabolomics approach also allowed the identification of a probable mycotoxin derived from S. scitamineum. The results obtained in this study contributed to increase the understanding of the interaction between S. scitamineum and sugarcane that is characterized by high complexity and specialization to the host, and can be used in a way to help the characterization of resistant varieties and contribute to the improvement of sugarcane with resistance to smut. / Esta tese apresenta uma compreensão mais aprofundada da interação entre o fungo patogênico Sporisorium scitamineum e a cana-de-açúcar, doença conhecida como \"carvão da cana\". O desenvolvimento de uma longa estrutura similar a um \"chicote\" a partir do meristema de plantas infectadas é a principal característica da doença, permitindo a efetiva dispersão dos teliósporos no campo. As plantas doentes apresentam um teor reduzido de sacarose e qualidade do sumo, levando a perdas econômicas consideráveis. No primeiro capítulo, o perfil de expressão gênica do patógeno durante o seu desenvolvimento in planta - nos primeiros momentos da infecção e após a emissão do chicote - e in vitro foi avaliado utilizando a técnica RNA-Seq. Foram analisados os genes preferencialmente expressos em cada condição, diferencialmente expressos em relação ao crescimento em meio de cultura, ou expressos apenas durante a interação. Os resultados permitiram a elaboração de hipóteses sobre os mecanismos de patogenicidade, sobre os genes candidatos a efetores ativos e a identificação de agrupamentos de genes expressos apenas durante a interação. No segundo capítulo, para determinar o compartimento celular alvo de alguns dos efetores candidatos e estabelecer um protocolo viável para o estudo de proteínas de S. scitamineum foi utilizada a técnica de expressão transiente. Os quatro genes mais expressos durante os momentos iniciais da interação que fazem parte do secretoma do fungo foram fusionados ao gene que codifica a proteína verde fluorescente (Citrina) e expressos em Nicotiana benthamiana. Os resultados de microscopia confocal e westernblots indicaram um acúmulo de cada uma das proteínas candidatas na membrana, citosol e/ou núcleo, além da ocorrência de modificações pós-traducionais. Esses dados oferecem novas oportunidades de estudo para a identificação de proteínas vegetais que interagem com tais efetores. No terceiro capítulo, as respostas transcricionais da cana-de-açúcar nos primeiros momentos de uma interação compatível e após o desenvolvimento do chicote foram analisadas utilizando novamente os dados obtidos a partir do dual RNAseq cana-carvão. Entre as principais respostas da cana destacou-se um aumento da expressão de genes que codificam fatores de transcrição do tipo MADS, indicando que o desenvolvimento do chicote pode usar uma rota semelhante à do florescimento, cuja sinalização parece iniciar logo nos primeiros momentos de colonização. Além disso, o desenvolvimento do chicote é acompanhado pelo aumento da transcrição de genes envolvidos em vias energéticas, e vias de síntese e sinalização hormonal. Genes que codificam para RGAs foram diferencialmente expressos e podem estar relacionados ao reconhecimento de efetores. No quarto capítulo, foi avaliado o perfil metabólico da cana-de-açúcar durante a progressão da doença, confirmando que no meristema de plantas infectadas ocorre um aumento da alocação de carbono em vias energéticas, além da regulação de vários aminoácidos e mudanças em relação à composição da parede celular em resposta ao desenvolvimento do chicote. A abordagem metabólica também permitiu a identificação de uma provável micotoxina derivada de S. scitamineum. Os resultados obtidos neste estudo contribuíram para aumentar a compreensão da interação entre S. scitamineum e a cana-de-açúcar que se caracteriza pela alta complexidade e especialização ao hospedeiro, e poderão ser utilizados de forma a auxiliar a caracterização de variedades resistentes e contribuir para o melhoramento da cana-de-açúcar com resistência ao carvão.

Orientador: Ian Castro-Gamboa / Coorientador: Rafael Teixeira Freire / Banca: Alberto José Cavalheiro / Banca: Letícia Veras Costa Lotufo / Banca: Alberto Colnago / Banca: Cristiano Soleo de Funari / Resumo: A descoberta de novos alvos farmacêuticos derivados de fontes naturais vem diminuindo ao longo das últimas décadas, impulsionando o uso de matrizes naturais novas e incomuns para a busca de metabólitos secundários bioativos. Dentre essas, a microbiota de plantas e os microrganismos marinhos demonstraram um grande potencial para fornecer novos metabólitos biologicamente ativos, produzindo uma alta diversidade de estruturas químicas encontradas em populações microbianas extensas e pouco exploradas. Convencionalmente, a triagem de metabólitos microbianos é realizada em monoculturas, na ausência de interações bióticas e abióticas. No entanto, a falta dessas interações encontradas na natureza limita a diversidade química que pode ser obtida por uma única cepa, permanecendo silenciadas diversos outros genes que codificam novos metabólitos secundários. Durante a última década, vários métodos têm sido desenvolvidos para compreender as condições sob as quais os genes cripticos são ativados. Dentre elas, as estratégias pós-genômicas revelaram um amplo potencial para o aumento da diversidade química, modificando diferentes níveis da maquinaria celular para uma regulação holística do metaboloma microbiano. Estas estratégias incluem co-cultivo, alimentação por metabólitos e One Strain Many Compounds (OSMAC) e têm sido utilizados com sucesso como uma alternativa rápida e barata para a indução de novos metabólitos. Apesar da eficácia das estratégias pós-genômicas na expansão do metaboloma m... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The discovery of new drug leads from natural sources has decreased over the last decades, emerging the use of new and uncommon matrices for the screening of bioactive secondary metabolites. Among those, the plant microbiota and marine microorganisms have demonstrated a great potential to provide new pharmaceutical leads, producing a high diversity of chemical structures encountered in little-explored and extensive microbial population. Conventionally, microbial metabolite screening is performed in monocultures, in the absence of biotic and abiotic interactions. However, the lack of these communications commonly found in nature seriously limit the chemical diversity that can be obtained by one single strain, remaining silenced many other genes encoded for new secondary metabolites. Over the last decade, several methods have been developed aiming to understand the conditions under which biosynthetic cryptic genes are activated. Among those, the post genomic strategies have revealed widespread potential for the enhancement of chemical diversity, modifying different levels of the cellular machinery for a comprehensive regulation of the microbial metabolome. These strategies include co-cultivation, biotransformation and One Strain Many Compounds (OSMAC) and have been successfully used as a fast and inexpensive alternative for the induction of new bioactive compounds. Notwithstanding these strategies for the expansion of the microbial metabolome, in the screening of these complex m... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Dans le milieu marin, toute surface immergée est rapidement colonisée par des bactéries, puis par d’autres micro-organismes, conduisant à la formation de structures tridimensionnelles complexes appelées biofilms. Cette étape est généralement suivie par l’installation de macro-colonisateurs. Néanmoins, un certain nombre d’organismes marins, tels que les macro-algues, présentent des surfaces peu épiphytées à l’échelle macroscopique. Des algues méditerranéennes (Taonia atomaria et Dictyota spp.) ont été sélectionnées dans le cadre de ces travaux de thèse pour leur capacité à conserver leur surface peu colonisée. Cependant, des observations de leurs surfaces par microscopie ont montré l’existence de biofilms diversifiés à la surface de leurs thalles. Le but de cette thèse est de mieux comprendre les mécanismes de médiation chimique entre ces algues et les bactéries associées à leur surface. La première partie de ce travail a été consacrée à l’étude du rôle de molécules d’origine algale vis-à-vis de l’adhésion de bactéries marines. Pour cela, la composition chimique totale des algues sélectionnées a été analysée conduisant à l’isolement et à la caractérisation structurale de 12 molécules, dont trois se sont révélées être originales. L’activité anti-adhésion de la majorité de ces composés a ensuite été évaluée : le 1-O-octadecenoylglycérol s’est avéré être le produit le plus actif (20 µM < CE50 <55 µM). La deuxième partie a été dédiée plus particulièrement à l’étude du métabolome de surface de T. atomaria dans le but d’évaluer son implication dans les interactions écologiques entre l’algue et les bactéries associées à sa surface. Un protocole d’obtention et d’analyse spécifique des extraits surfaciques a tout d’abord été développé. Ce protocole est basé sur le trempage des thalles dans des solvants organiques et un contrôle de l’intégrité des cellules membranaires des algues y est associé. L’échantillonnage a été effectué mensuellement à Carqueiranne (Nord-ouest de la Méditerranée, France) durant la période allant de février à juillet 2013. Les résultats obtenus montrent qu’un sesquiterpène est exprimé majoritairement à la surface de l’algue. Il a été démontré que ce composé inhibe l’adhésion de souches bactériennes de référence tout en restant inactif vis-à-vis de celles isolées à la surface de l’algue. Une telle spécificité n’a pas été observée ni dans le cas de biocides commerciaux, ni pour les autres métabolites produits par T. atomaria. Dans un second temps, un suivi saisonnier des extraits de surface ainsi que des communautés bactériennes associées a été effectué par métabolomique (LC-MS) et DGGE, respectivement. Des fluctuations saisonnières de ces deux paramètres ont été reportées sans mettre en évidence de corrélation évidente entre eux. La présence de la molécule majeure de surface durant tout le suivi saisonnier a été notée ainsi que sa capacité à diffuser dans l’eau de mer. Enfin, l’étude de l’implication potentielle des bactéries associées à T. atomaria dans le contrôle du biofilm a été entreprise en évaluant l’activité de leurs extraits vis-à-vis de l’adhésion de souches de référence. En conclusion, nous émettons l'hypothèse que T. atomaria pourraient contrôler partiellement le biofilm associé à sa surface en faisant intervenir des métabolites spécifiques. / In the marine environment, all submerged surfaces are rapidly colonized by bacteria and other microorganisms, resulting in the formation of complex three-dimensional structures called biofilms. This step could be followed by the attachment of macro-colonizers. Nevertheless, a number of marine organisms, such as macro-algae, appeared to be relatively free of epibionts at a macroscopic scale. In this study, several Mediterranean algae (Taonia atomaria and Dictyota spp.) were selected for their ability to keep their surface free of biofouling. However, microscopic techniques allowed the observation of a diversified biofilm on the surface of their thalli. The purpose of this work was to understand how this alga could interact with its associated bacteria using a chemical ecological approach. The first part of this work deals with studying the anti-adhesion properties of algal molecules against a range of marine bacteria. For this, the whole chemical composition of the two algae was analyzed leading to the isolation and structural characterization of 12 molecules from which three were found to be new. The anti-adhesion activity of some of these compounds was then evaluated: 1-O-octadecenoylglycerol proved to be the most active product (20 µM < EC50 <55 µM). The second part of this study was dedicated to the study of the surface metabolome of T. atomaria in order to assess its involvement in the ecological interactions between the alga and its associated bacteria. A specific extraction protocol was optimized for the surface compounds using a dipping technique in organic solvents associated with the integrity control of algal cell membrane. Sampling was carried out monthly at Carqueiranne (N W Mediterranean Sea, France) between February and July 2013. The results showed the presence of a major molecule in accordance with a sesquiterpenic structure. Anti-adhesion capacity against reference bacterial strains was noticed for this compound, while it remained inactive against strains isolated from the algal surface. This specificity was not observed for commercial biocides and the other molecules purified from crude algal extracts of T. atomaria. Then, changes in surface extracts and associated bacterial surface communities were monitored using metabolomics (LC-MS) and DGGE, respectively. Seasonal fluctuations for the two parameters could be reported without any evident correlation between them. The occurrence of the major molecule throughout the seasonal monitoring was also noticed and its capacity to diffuse in the marine environment was shown. Finally, the study of the potential involvement of the associated bacteria in the biofilm control was conducted by evaluating the anti-adhesion activity of their crude extracts against reference strains. In conclusion, we hypothesize that T. atomaria could control at least partially the biofilm at its surface using specific metabolites.

O gênero Baccharis compreende de 433 espécies, as quais estão distribuídas por todo o continente americano, tendo como hábito ervas perenes, lianas, subarbustos e pequenas árvores. A grande quantidade de espécies e a imensa variabilidade tem dificultado os pesquisadores na circunscrição taxonômica do gênero, sendo que recentemente uma nova classificação foi proposta com base em morfologia e dados moleculares. Sabe-se que dados químicos oriundos de substâncias do metabolismo secundário podem auxiliar, corroborar ou sugerir alterações na taxonomia, sendo que a metabolômica é uma ferramenta poderosa para a coleta destes dados. Dessa forma, os estudos de metabolômica não direcionada do gênero Baccharis objetivaram: determinar um método de extração eficiente e único para 306 espécimes (211 espécies distintas); realizar um estudo quimiotaxônomico para o gênero a partir de dados de LC-MS e análise multivariada; realizar triagem de espécies com potencial anti-inflamatório a partir de modelos de predição utilizando espécies de outros gêneros de Asteraceae. Os resultados dos estudos de extração mostraram que ambos os solventes etanol ou metanol em solução aquosa propiciaram uma extração eficiente de metabólitos em banho de ultrassom >= 10 min. A extração pode ser realizada na faixa de 48,3-85,8% de etanol ou acima de 67% de metanol acidificado com ácido fórmico na faixa de 0,12-0,27%. Os resultados do estudo quimiotaxônomico empregando dados de LC-MS e análise multivariada mostraram uma forte similaridade com a recente classificação taxonômica baseada em morfologia e dados moleculares. Na classificação quimiotaxônomica, 10 grupos principais foram observados, formados quase que exclusivamente por seções de subgêneros: quatro grupos formados por espécies do subgênero Baccharis, três grupos formados principalmente por espécies do subgênero Molina, dois grupos formados principalmente por espécies do subgênero Tarchonanthoides e um grupo formado por espécies do subgênero Coridifolia. Substâncias como flavonoides e diterpenos foram determinadas como discriminantes dos grupos formados. Os resultados da triagem de espécies com potencial anti-inflamatório mostraram que a partir de um bom modelo de predição obtido por OPLS-DA, com coeficientes R2X = 0,27, R2Y = 0,987 e Q2 = 0,83, foi possível predizer 30 espécies de Baccharis capazes de promover a dupla inibição das enzimas 5-LOX e COX-1 e que as substâncias correlacionadas a esta inibição são da classe dos flavonoides e fenilpropanoides. Portanto, o uso de dados de LC-MS com abordagem metabolômica não direcionada foi capaz de gerar descobertas importantes tanto para a quimiotaxonomia do gênero Baccharis, quanto na triagem de espécies com potencial anti-inflamatório. Essas descobertas poderão auxiliar tanto os taxonomistas quanto os estudos bioguiados na descoberta de novos fármacos / The genus Baccharis comprises 433 species which are widespread throughout the American continent and their habit consists of perennial herbs, lianas, sub-shrubs and small trees. The great amount of species and the enormous variability have made difficult the taxonomic circumscription of the genus. Recently, a new classification has been proposed based on morphological and molecular data. It is known that chemical data from compound of the secondary metabolism can help to corroborate or suggest alterations in the taxonomy of plants. Thus, the untargeted metabolomic studies of the genus Baccharis aimed to: determine an efficient and unique extraction method for 306 specimens (211 distinct species); to carry out a chemotaxonomic study for the genus from LC-MS data and multivariate analysis; to screen species with anti-inflammatory potential from prediction models using species from other genera of Asteraceae. The extraction results showed that both solvents ethanol or methanol in aqueous solution provided an efficient extraction of metabolites in ultrasonic bath >= 10 min. The extraction can be carried out in the range of 48.3-85.8% ethanol or above 67% in methanol acidified with formic acid in the range of 0.12-0.27%. The results of the chemotaxonomic study using LC-MS and multivariate analysis showed a strong similarity with the recent taxonomic classification based on morphology and molecular data. In the chemotaxonomic classification, 10 main groups were observed, which are formed almost exclusively by sections of the following subgenera: four groups formed by species of the subgenus Baccharis, three groups formed mainly by species of the subgenus Molina, two groups formed mainly by species of the subgenus Tarchonanthoides and one group formed by species of the subgenus Coridifolia. Substances such as flavonoids and diterpenes were determined as discriminants of the groups formed. The results of the screening of species with anti-inflammatory potential showed that from a good prediction model made by OPLS-DA with coefficients R2X = 0.27, R2Y = 0.987 and Q2 = 0.83 it was possible to predict 30 species of Baccharis able of promoting double inhibition of the 5-LOX and COX-1 enzymes and that the substances correlated to this inhibition are from the flavonoids and phenylpropanoids classes. Therefore, the use of LC-MS chemical data using a non-targeted metabolomic approach generated important discoveries both to the chemotaxonomy of the genus Baccharis and also for the screening of species with anti-inflammatory potential. These findings can help both taxonomists and bioguided studies for the discovery of new drugs

A metabolômica é uma ciência emergente na era pós-genômica que almeja a análise abrangente de pequenas moléculas orgânicas em sistemas biológicos. Técnicas de cromatografia líquida acoplada a espectrometria de massas (LC-MS) figuram como as abordagens de amostragem mais difundidas. A extração e detecção simultânea de metabólitos por LC-MS produz conjuntos de dados complexos que requerem uma série de etapas de pré-processamento para que a informação possa ser extraída com eficiência e precisão. Para que as abordagens de perfil metabólico não direcionado possam ser efetivamente relacionadas às alterações de interesse no metabolismo, é estritamente necessário que os metabólitos amostrados sejam anotados com confiabilidade e que a sua inter-relação seja interpretada sob a pressuposição de uma amostra conectada do metabolismo. Diante do desafio apresentado, a presente tese teve por objetivo desenvolver um arcabouço de software, que tem como componente central um método probabilístico de anotação de metabólitos que permite a incorporação de fontes independentes de informações espectrais e conhecimento prévio acerca do metabolismo. Após a classificação probabilística, um novo método para representar a distribuição de probabilidades a posteriori em forma de grafo foi proposto. Uma biblioteca de métodos para o ambiente R, denominada ProbMetab (Probilistic Metabolomics), foi criada e disponibilizada de forma aberta e gratuita. Utilizando o software ProbMetab para analisar um conjunto de dados benchmark com identidades dos compostos conhecidas de antemão, demonstramos que até 90% das identidades corretas dos metabólitos estão presentes entre as três maiores probabilidades. Portanto, pode-se enfatizar a eficiência da disponibilização da distribuição de probabilidades a posteriori em lugar da classificação simplista usualmente adotada na área de metabolômica, em que se usa apenas o candidato de maior probabilidade. Numa aplicação à dados reais, mudanças em uma via metabólica reconhecidamente relacionada a estresses abióticos em plantas (Biossíntese de Flavona e Flavonol) foram automaticamente detectadas em dados de cana-de-açúcar, demonstrando a importância de uma visualização centrada na distribuição a posteriori da rede de anotações dos metabólitos. / Metabolomics is an emerging science field in the post-genomic era, which aims at a comprehensive analysis of small organic molecules in biological systems. Techniques of liquid chromatography coupled to mass spectrometry (LC-MS) figure as the most widespread approaches to metabolomics studies. The metabolite detection by LC-MS produces complex data sets, that require a series of preprocessing steps to ensure that the information can be extracted efficiently and accurately. In order to be effectively related to alterations in the metabolism of interest, is absolutely necessary that the metabolites sampled by untargeted metabolic profiling approaches are annotated with reliability and that their relationship are interpreted under the assumption of a connected metabolism sample. Faced with the presented challenge, this thesis developed a software framework, which has as its central component a probabilistic method for metabolite annotation that allows the incorporation of independent sources of spectral information and prior knowledge about metabolism. After the probabilistic classification, a new method to represent the a posteriori probability distribution in the form of a graph has been proposed. A library of methods for R environment, called ProbMetab (Probilistic Metabolomics), was created and made available as an open source software. Using the ProbMetab software to analyze a set of benchmark data with compound identities known beforehand, we demonstrated that up to 90% of the correct metabolite identities were present among the top-three higher probabilities, emphasizing the efficiency of a posteriori probability distribution display, in place of a simplistic classification with only the most probable candidate, usually adopted in the field of metabolomics. In an application to real data, changes in a known metabolic pathway related to abiotic stresses in plants (Biosynthesis of Flavone and Flavonol) were automatically detected on sugar cane data, demonstrating the importance of a view centered on the posterior distribution of metabolite annotation network.

Árvores evolutivas de espécies de Peperomia baseadas nas regiões de ITS e matK foram confrontadas com perfis metabólicos de extratos brutos obtidos por RMN 1H, HPLC-DAD e LC-ESI-MS. A análise de clusters (HCA) e a análise discriminante de componentes principais (DAPC) suportaram em parte os agrupamentos observados por ITS e matK. As principais classes de metabólicos secundários observadas foram policetídeos, meroterpenos, cromenos, fenilpropanoides e amidas, sendo que foram ainda isolados um policetídeo (malabaricona D) de P. megapotamica; o fenilpropanoide elemicina e a lignana tetraidrofurânica diyangambina de P. rotundifolia; e as flavonas 5,6,7-trimetoxiflavona e 4\',5,6,7- tetrametoxiflavona de P. sincorana. As PKS tipo chalcona sintase (CHS) de peperomias, diferiram daquelas de famílias filogeneticamente próximas como Myristicaceae (Virola) e Lauraceae (Aniba). Como muitos meroterpenos de espécies de Peperomia possuem como núcleo básico o ácido orselínico, produto típico de líquens e bactérias, o gene ácido orselínico sintase (OSAS) foi investigado nas plantas e nos 27 fungos endofíticos isolados de espécies de Peperomia (identificados pelas sequências de ITS1-5.8S-ITS2). Foram amplificadas pelo menos uma PKS (NR, HR e PR) em cada uma das linhagens e AOS em várias delas (UR1, UC3, UF1, UF2, UF3, UF4, GC3, NR1, NC1, NC2, NF1, AR1, AC1, AC4, OC1 e OF1). A homologia de 60% da OSAS amplificada de UR1 com a sequência de Streptomyces viridochromogenes é sugestivo de transferência horizontal de bactéria para fungos. / Phylogenetic tree of Peperomia species based on ITS and matK were compared to the metabolic profiling of crude extracts using 1H NMR, HPLC-DAD and LC-ESI-MS. Cluster analysis (HCA) and discriminant analysis of principal componentes (DAPC) supported significantly the clustering observed by ITS and matK. The major classes of secondary metabolites were polyketides, meroterpenes, chromenes, phenylpropanoids and amides and besides, one polyketide (malabaricone D) of P. megapotamica; the phenylpropanoid elemicin and the tetrahydrofuran lignan diyangambin from P. rotundifolia; and the flavones 5,6,7- trimethoxyflavone and 4\',5,6,7-tetramethoxyflavone were isolated from P. sincorana. The PKS chalcone synthase type (CHS) from peperomia, differed from phylogenetically related families Myristicaceae (Virola) and Lauraceae (Aniba). Since several meroterpenes from Peperomia species have the orsellinic acid as an aromatic core, typical of liquens and bacteria, the orsellinic acid (OSAS) was investigate in the plants and 27 endophytes isolated from Peperomia (identified based on ITS1-5.8S-ITS2 sequences). At least one PKS (NR, HR and PR) were isolated from each strains and AOS were isolated from several strains (UR1, UC3, UF1, UF2, UF3, UF4, GC3, NR1, NC1, NC2, NF1, AR1, AC1, AC4, OC1 and OF1). The 60% of homology observed for OSAS amplified from UR1 with that of Streptomyces viridochromogenes is suggestive of a horizontal transferring from bacteria to fungi.

O processo fermentativo da Saccharomyces cerevisiae para a produção de etanol tem grande relevância para o Brasil por ser responsável por uma fonte de energia renovável que é amplamente usada na indústria automotiva. No entanto, em escalas industriais, a fermentação da levedura não ocorre em ambiente asséptico, sendo que diferentes micro-organismos contaminantes são capazes de crescer, competir por nutrientes e até mesmo interferir na fermentação da S. cerevisiae. A fim de melhor compreender quem são os micro-organismos contaminantes e o que fazem na dorna de fermentação, foi utilizado uma abordagem polifásica. O levantamento da microbiota bacteriana presente nas usinas do estado de São Paulo foi realizado através de técnicas independentes de cultivo. Posteriormente, foram realizados ensaios fermentativos com S. cerevisiae CAT-1 na presença do contaminante Lactobacillus fermentum (I-2) para a análise da interação destes na dorna de fermentação. A análise foi realizada por metabolômica acessada através da cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas (GC-MS) e, para isso, inicialmente foi estabelecida uma metodologia eficiente para análise através de GC-MS. Nas usinas, foi reportada uma porcentagem de Lactobacillus maior do que a descrita e a população bacteriana pareceu ser característica de cada usina e persistente ao longo do tempo. Já o estabelecimento da metodologia de análise de metabólitos da fermentação por GC-MS possibilitou a identificação de 261 metabólitos, e as três classes mais abundantes foram Carbohydrates and carbohydrate conjugates (16%), Carboxylic acids and derivatives (12%) e Fatty Acyls (5%). E no ensaio de S. cerevisiae CAT-1 na presença do contaminante L. fermentum (I-2), possibilitou a identificação de 208 metabólitos, onde 50 foram diferencialmente abundantes. Além disso, a via glicolítica foi reforçada na fermentação de S. cerevisiae CAT-1, sendo que nas fermentações de S. cerevisiae (CAT-1) na presença de L. fermentum (I-2), a produção de aminoácidos a partir do glutamate pareceu ser importante. Desta forma, uma análise polifásica pode auxiliar no esclarecimento da relação dos micro-organismos contaminantes com a levedura dentro da dorna de fermentação. / The fermentation of Saccharomyces cerevisiae for ethanol production has great importance to Brazil since it is responsible for the production of a renewable energy source that is widely used in the automotive industry. However, in industrial scale, the yeast fermentation does not occur in an aseptic environment, where different contaminant microorganisms are capable of growing, competing for nutrients and even interfering with the S. cerevisiae fermentation. In order to better understand who the contaminating microorganisms are and what they do in the fermenter, it was used one polyphasic approach. The survey of the bacterial microflora present in two different São Paulo state distilleries was carried out by cultivation independent techniques. Subsequently, fermentation assays were performed with S. cerevisiae CAT-1 in the presence of the contaminant Lactobacillus fermentum (I-2) to analyze the interaction of these microorganisms in the fermenter. The analysis was performed through metabolomics accessed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) and, for that, initially was established an efficient methodology for fermentation metabolite analysis by GC-MS. In the distilleries, it was reported a higher percentage of Lactobacillus than ever described and bacterial population appeared to be characteristic of each distillery and persistent over time. After the establishment of fermentation metabolite analysis methodology by GC-MS, it was possible to identify 261 metabolites, and the three most abundant classes were Carbohydrates and carbohydrate conjugates (16%), Carboxylic acids and derivatives (12%) and Fatty acyls ( 5%). In the fermentation assay of S. cerevisiae CAT-1 in the presence of the contaminant L. fermentum (I-2), it was possible to identify 208 metabolites, where 50 were differentially abundant. In addition, the glycolytic pathway was enhanced in the fermentation of S. cerevisiae CAT-1, and in fermentation of S. cerevisiae (CAT-1) in the presence of L. fermentum (I-2), the production of amino acids from glutamate appeared to be important. Thus, a polyphasic analysis can help in the understanding of the relationship between contaminating microorganisms with the yeast in the fermenter.

A crescente demanda por produtos madeireiros no mercado nacional e internacional requer produção constante de madeira, sendo o gênero Eucalyptus uma alternativa para atender esta demanda. A seleção do local para plantio deste gênero requer estudos relacionados às características de adaptabilidade da espécie. Para regiões com déficit hídrico é necessária a seleção de uma espécie ou clone resistente a esta característica. Muitos autores mostram a potencialidade de produção do Eucalyptus camaldulensis e do híbrido E. grandis x E. camaldulensis para regiões áridas do Brasil, em relação a outras espécies de eucalipto. A adaptação de uma espécie a determinado ambiente, esta relacionada a muitas características genéticas que influenciam, por exemplo, o proteoma e o metaboloma desta espécie. As células de um organismo possuem o mesmo genoma, mas apresentam as mais variadas funções e morfologias, e isto está relacionado ao fato de existir diferenças no padrão de expressão de proteínas e metabólitos destas células. As áreas de proteômica e metabolômica auxiliam no entendimento de processos biológicos e fornecem um panorama sobre o estado das plantas em determinado momento e em resposta a determinadas condições/estresses ambientais. Assim o principal objetivo deste trabalho é realizar uma análise comparativa do proteoma e metaboloma de raízes de dois clones de E. grandis x E. camaldulensis, sendo um tolerante e um susceptível ao déficit hídrico, após os indivíduos terem sido submetidos a diferentes regimes hídricos, sendo 100% da capacidade de campo utilizada nas plantas controle e 30% nas plantas tratamento. Os resultados gerados mostraram a existência de proteínas relacionadas ao estresse hídrico e a existência de metabólitos secundários diferencialmente expressos nas plantas controle e tratamento. Esta pesquisa possui um caráter inovador por ser um dos primeiros trabalhos relacionados à área de proteômica e metabolômica de raiz de eucalipto sob estresse hídrico. Novos estudos relacionados a esta área são bem vindos, podendo contribuir na identificação de genes tolerantes ao estresse hídrico e que poderão ser utilizados no futuro na engenharia genética de plantas. / The increasing demand for wood products in the domestic and international markets requires constant wood production and the Eucalyptus genus is an alternative to meet this demand. The site selection for planting this genus requires studies related to characteristics of adaptability of the species to be used. For regions with drought stress, for example, a drought resistant clone or species must be selected. Many authors have shown the potential of Eucalyptus camaldulensis and hybrids of this species with E. grandis for production in arid regions of Brazil. The adaptation of a species to a particular environment may be related to many genetic features which have an impact, for example, on the proteome and metabolome of this species. The cells in an organism have the same genome, but exhibit the most varied functions and morphologies, which are related to differences in the expression pattern of proteins and metabolites of those cells. The areas of proteomics and metabolomics can assist in the understanding the biological processes and supply an overview about plants status at any given time and in response to certain conditions / environmental stresses. The aim of this work is to perform a comparative analysis of the roots´s proteome and metabolome of two E. grandis x E. camaldulensis clones, one tolerant and another susceptible to drought, after the individuals have been subjected to different water regimes, 100% of field capacity for the control plants and 30% for the treated ones. The results showed the presence of proteins related to drought stress and the presence of secondary metabolites differentially expressed in the control when compared to treatment plants. This research has an innovative feature to be one of the first works involving proteomics and metabolomics studies of eucalyptus roots under water stress. New researches related to this field are welcome and may help to identify genes tolerant to drought stress that may be used in the future for genetic engineering plants.

Ratoon stunting disease (RSD) is a serious disease that affects all sugarcane producing countries. The major symptom of RSD is plant growth reduction, which is only seen in ratoon plants, causing up to 80% biomass reduction depending on environmental conditions. The disease is due to Leifsonia xyli subsp. xyli (Lxx), a gram-positive and nutritionally fastidious bacterium that so far has been found to specifically colonize the xylem vessels of sugarcane. However, the successful early detection of this pathogen is currently the main challenge for RSD prevention. Breeding for resistance to RSD, although not in practice, is a viable control measure. Since sugarcane varieties differ in relation to their degree of colonization by Lxx and losses are directly related to population densities of the pathogen in the plant, a promising breeding strategy would be to select for genotypes that are resistant to bacterial multiplication. Thus, knowledge on the responses of sugarcane to RSD at the \"omics\" level is an essential starting step to identify key metabolic targets for breeding resistant varieties. The overall goal of this study is to determine the metabolic profiles of a susceptible (CB49-260) and resistant (SP80-3280) variety inoculated or not with Lxx and to compare the results with existing proteomic and transcriptomic data to define a core of targets (proteins, genes, and metabolites) that can be tested as markers of resistance in a collection of sugarcane varieties. Bacterial titers were quantified by Real-Time PCR (qPCR). The metabolites were profiled from the leaves and from the xylem saps collected at 30 and 120 days after inoculation (DAI). Untargeted analysis were performed with Gas Chromatography - Mass Spectrometry (GC-MS) and were carried out on leaves and sap from 120 DAI. Targeted analysis was executed with Liquid Chromatography - Tandem Mass Spectrometry (LC-MS/MS) on both tissues at both timepoints. To validate metabolomics results, a set of metabolites was chosen to be tested in vitro, in order to detect growth alterations caused to Lxx. qPCR confirmed the susceptibility of CB49-260 as it had higher titers than SP80-3280. Global analysis revealed that both varieties and tissues have different metabolic profiles but that those differences are more quantitative than qualitative. The targeted approach identified more amino acids, sugars, organic acids and phosphorylated compounds in the non-inoculated susceptible genotype, while the resistant one had higher abundance of phenolics. It was also shown that inoculation with Lxx results in more relative abundance of amino acids, organic acids, phosphorylated compounds and phenolics. Furthermore, a key amino acid for Lxx survival was related to inoculation on both varieties, as well as a known phenolic compound related to plant defense. Distinguished phenolics resulting from the targeted analysis were selected to evaluate their effect on Lxx growth in vitro. Although some compounds caused inhibition, further optimization of the methodology is needed to confirm these results. / O Raquitismo-da-soqueira (RSD) é uma grave doença que afeta todos os paises produtores de cana-de-açúcar. O principal sintoma do RSD é tamanho reduzido das plantas, observado apenas nas plantas-soca, o que pode resultar em perdas de biomassa em até 80%, dependendo das condições climáticas. A doença é causada por Leifsonia xyli subsp. xyli (Lxx), uma bactéria gram-positiva e fastidiosa, descrita até o presente momento como hospedeira natural apenas da cana-de-açúcar, colonizando principalmente os vasos do xilema. Todavia, a detecção precoce deste patógeno é o principal desafio para prevenção do RSD. O melhoramento genético para resistência ao RSD, apesar de viável, não é uma medida de controle adotada na prática. Como existe diferenças entre as variedades de cana em relação ao grau de colonização por Lxx e as perdas estão diretamente relacionadas ao título bacteriano, uma estratégia de melhoramento promissora é a seleção de genótipos que apresentam resistência à multiplicação bacteriana. Portanto, o conhecimento das respostas da cana-de-açúcar ao RSD em termos \"ômicos\" é um passo inicial primordial para a identificação de alvos-chave para melhorar variedades resistentes. O objetivo geral deste estudo foi determinar os perfis metabólicos de duas variedade, uma suscetível (CB49-260) e uma resistente (SP80-3280) inoculada ou não com Lxx e comparar os resultados com dados já existentes de proteômica e transcriptômica para definir um núcleo de alvos (proteínas, genes e metabólitos) que possam ser testados como marcadores de resistência em uma coleção de cana-de-açúcar. Os títulos bacterianos foram quantificados por PCR em tempo real (qPCR). Os perfis metabólicos foram elaborados a partir de folhas e fluído xilemático coletados aos 30 e 120 dias após inoculação (DAI). A análise não-direcionada foi realizada por cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas (GC-MS), usando folhas e extratos coletados aos 120 DAI. Já a análise direcionada foi efetivada via cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas em tandem (LC-MS/MS), em ambos tecidos e tempos de coleta. Para validar os resultados de metabolômica, um grupo de metabólitos destacado nas análises de metabolômica foi escolhido para testes in vitro e por fim detectar alterações no crescimento de Lxx. O resultado do qPCR confirmou a suscetibilidade da CB49-260, pois esta continha títulos superiores à SP80-3280. A análise global revelou que ambos variedades e tecidos possuem perfis metabólicos distintos, porém essas diferenças foram mais quantitativas que qualitativas. A análise direcionada identificou mais aminoácidos, açúcares, ácidos organicos e compostos fosforilados no genótipo suscetível não-inoculado, enquanto que o resistente apresentou maior abundância de compostos fenólicos. Também foi demonstrado que a inoculação com Lxx resultou em maior quantidade de aminoácidos, ácidos orgânicos, compostos fosforilados e fenólicos. Ademais, um aminoácido essencial à sobrevivência de Lxx foi relacionado à inoculação de ambas variedades, assim como um composto fenólico relacionado a defesa de plantas. O teste in vitro mostrou que, apesar de alguns compostos causarem inibição, é necessário aprimorar a metodologia utilizada para confirmar os resultados obtidos.

A quimioterapia disponível para o tratamento das leishmanioses conta com um número reduzido de fármacos, com efeitos adversos severos e progressivo aumento de resistência. O reposicionamento de fármacos oferece uma grande oportunidade para introdução de novas terapias. Antidepressivos orais têm demonstrado eficácia tanto in vitro quanto in vivo contra espécies de Leishmania spp. Neste estudo, o antidepressivo sertralina (SRT), e o fármaco ciclobenzaprina (CBP), um relaxante muscular de estrutura tricíclica análoga a antidepressivos, foram avaliados quanto a atividade contra Leishmania (L.) infantum. Estudos metabolômicos não dirigidos utilizando multiplataforma analítica, foram combinados a análises de parâmetros celulares, essenciais para obtenção de uma ampla descrição dos mecanismos de ação. A CBP mostrou uma atividade leishmanicida in vitro, com valor de CE50 de 4,3 ?M contra formas promastigotas e 8,6 ?M contra formas amastigotas intracelulares. O fármaco apresentou uma citotoxicidade (CC50) de 70,6 ?M em células NCTC, e um índice de seletividade similar a miltefosina. Os estudos de mecanismo de ação, sugeriram que a CBP se difunde pela membrana plasmática, causando diminuição do ??p e no interior citoplasmático, parece induzir um estresse do RE com liberação de Ca+2; concomitantemente, induz um desacoplamento brando da cadeia respiratória mitocondrial e depleção dos níveis de ATP. Com o efeito prolongado, a liberação de Ca+2 parece ativar a autofagia, e seu influxo para a mitocôndria potencializar os efeitos deletérios, diminuindo o ??m e aumentando a produção de ROS. A longo prazo, o CBP induz uma extensa alteração metabólica, caracterizada aumento dos níveis da maioria dos metabólitos identificados e atividade desregulada de transportadores de membrana, gerando alto gasto energético associado a condições insuficientes de produção de energia mitocondrial, resultando em morte celular. A sertralina também apresentou atividade leishmanicida in vitro, com valor de CE50 de 2 ?M contra formas promastigotas e 3,9 ?M contra formas amastigotas intracelulares. Sua toxicidade em células NCTC foi de 19,6 ?M, resultando em um índice de seletividade similar a miltefosina. Nossos estudos confirmaram a mitocôndria de Leishmania como alvo primário e, o efeito de desacoplamento da cadeia respiratória associado ao colapso energético, estresse oxidativo seguido da despolarização do ??m como a possível origem desta disfunção mitocondrial. Estudos metabolômicos evidenciaram que a extensão do desarranjo metabólico, abrange diminuição da capacidade de detoxificação do metabolismo tiol-redox, uma severa depleção do pool intracelular de aminoácidos e poliaminas, evidenciando uma completa deterioração do metabolismo energético, por meio de um mecanismo multialvo direcionado a vias metabólicas essências do parasita. Finalmente, este estudo descreve a atividade anti-Leishmania de dois fármacos orais aprovados, com mecanismos de ação letais e irreversíveis no parasita, encorajando o prosseguimento para futuros estudos pré-clínicos na leishmaniose visceral americana / The available chemotherapy for the treatment of leishmaniasis has a reduced number of drugs, with severe adverse effects and progressive increase of resistance. The drug repurposing offers a great opportunity for the introduction of new therapies. Oral antidepressants have been demonstrated efficacy both in vitro and in vivo against Leishmania spp. In this study, the antidepressant sertraline (SRT), and the drug cyclobenzaprine (CBP), a muscle relaxant with tricyclic structure analogous to antidepressants, were evaluated against Leishmania (L.) infantum. Untargeted metabolomic studies using multiplataform analysis were combined to cellular parameters to a broad description of the mechanisms of action. Cyclobenzaprine showed an in vitro leishmanicidal activity with an EC50 value of 4.3 ?M against promastigotes and 8.6 ?M against intracellular amastigote forms. The drug showed a cytotoxicity (CC50) of 70.6 ?M in NCTC cells, and a selectivity index similar to miltefosine. Mechanism of action studies suggested that CBP diffuses through the plasma membrane, causing a decrease of the ??p and inside the cytoplasm, the drug seems to induce an ER stress, with release of Ca+2; concomitantly, it induces a mild decoupling of the mitochondrial respiratory chain and depletion of ATP levels. With the prolonged effect, a release of Ca+ 2 appears to activate an autophagy, and its mitochondrial influx results in a potentiation of deleterious effects as decreasing of ??m and increasing ROS production. In long term, CBP induces an extensive metabolic alteration, characterized increased levels of most of the identified metabolites and unregulated activity of membrane transporters. These generates a high energy expenditure associated to limited conditions of mitochondrial energy production, resulting in the cellular death. Sertraline also showed in vitro leishmanicidal activity, with an EC50 value of 2 ?M against promastigotes and 3.9 ?M against intracellular amastigote forms. Its toxicity in NCTC cells was 19.6 ?M, resulting in a selectivity index similar to miltefosine. Our studies confirmed the mitochondria of Leishmania as the primary target, and the uncoupling of the respiratory chain associated with energy collapse, oxidative stress, and the depolarization of ??m as the possible origin of this mitochondrial dysfunction. Metabolomics evidenced an extended metabolic disarray caused by SRT encompassing a decrease in the scavenging capacity of the thiol-redox metabolism and a severe depletion of the intracellular pool of amino acids and polyamines. The complete deterioration of energetic metabolism was evident through a multi-target mechanism, affecting the main metabolic pathways of the parasite. Finally, this study describes an anti-Leishmania activity of two approved oral drugs with lethal and irreversible mechanisms of action in the parasite, encouraging future preclinical studies in American visceral leishmaniasis.