Orientadores: Anete Pereira de Souza, Renato Vicentini dos Santos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-26T17:18:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cardoso-Silva_ClaudioBenicio_D.pdf: 32808891 bytes, checksum: 4081a73930869562c59e7e44894da977 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A cana-de-açúcar é uma das espécies de maior importância econômica no mundo devido ao seu potencial bioenergético. No entanto, o seu alto nível de complexidade genética é um desafio para a aplicação de ferramentas moleculares no melhoramento. Os recentes avanços das tecnologias de sequenciamento e genotipagem indicam o potencial de aumentar o nosso entendimento sobre a genética e a biologia molecular desta espécie. As sequências genômicas e de transcriptomas são valiosa fonte de informação para o desenvolvimento de ferramentas moleculares que permitam a identificação de regiões no genoma que estejam relacionadas com características de interesse para o melhoramento. O uso das novas tecnologias de sequenciamento de alto desempenho tem grande potencial de impacto nestas pesquisas. A presente tese objetivou analisar o transcriptoma de seis variedades comerciais e dados genômico da variedade R570, com a finalidade de identificar genes potencialmente úteis para o desenvolvimento de marcadores moleculares. A partir do método RNA-Seq, foram geradas mais de 400 milhões de sequências, as quais permitiram obter um total de 72.269 transcritos representados por uma única isoforma montados com auxílio do programa Trinity. Estes transcritos foram alinhados com sequências de Viridiplantae, gramíneas, e exclusivamente contra proteínas de sorgo, arroz, milho e transcriptoma de cana-de-açúcar, depositados em banco de dados público. Esta análise permitiu identificar o conjunto de genes de cana-de-açúcar compartilhados com outras gramíneas, bem como levou à identificação de novos transcritos que não haviam sido catalogados para cana-de-açúcar, além de longos RNAs não codificantes. Os transcritos foram anotados no Cluster of Orthologous Groups (COG) e no Gene Ontology (GO), com posterior análise de enriquecimento dos termos GO, a partir da qual foram anotados os transcritos, possivelmente relacionados a genes que conferem características de importância agronômica. No transcriptoma foram identificados mais de 700 mil SNPs e aproximadamente cinco mil regiões microssatélites. Analisando um total de 32 Mbp de sequências genômicas da variedade R570 foram identificados 4.342 microssatélites, com frequência média de sete SSR/Kb. As sequências geradas e exploradas neste trabalho são valiosa fonte de informações para entender a arquitetura genética da cana-de-açúcar, principalmente para o desenvolvimento de marcadores moleculares, os quais podem ser utilizados no mapeamento genético / Abstract: The sugarcane is one of the most economically important species in the world, due to their energy potential. However, high level of genetic complexity has been a major challenge for the use of molecular tools applied to improvement of this crop. Recent advances in sequencing and genotyping technologies indicate the potential to increase our understanding of the genetics and molecular biology of this specie. The genomic and transcriptomic are valuable sources of information for the molecular tools development that allow identification of regions in the genome that are related to characteristics of interest for the improvement. The high-throughput sequencing technologies have great impact of this research. This thesis aimed to analyze the transcriptome of six commercial varieties and genomic sequencing from R570 variety, in order to identify genes potentially useful for the molecular markers development. From RNA-Seq method were generated over 400 million sequences, which allowed obtain a total of 72,268 transcripts representing a single isoform assembled by Trinity. These transcripts were aligned against Viridiplantae, grasses, and exclusively against sorghum, rice and maize proteins, and sugarcane transcriptome available in the public database. This analysis allowed identifying a set of shared genes with other grasses, new transcripts that had not yet been cataloged for sugarcane and long non-coding RNAs. The transcripts were also annotated using the COG (Cluster of Orthologous Groups) and GO (Gene Ontology) database, followed by enrichment analysis for GO terms, from which it was possible to identify genes that play roles, possibly related to traits of agronomic importance. In the transcriptome were identified over 700 thousands SNPs and five thousands microsatellites regions. In the genomic sequences from R570 variety, in a total of 32 Mbp were identified 4,342 microsatellites, with an average frequency of seven SSR / Kb. The sequences generated and explored in this work is a valuable source to understand the genetic architecture of the sugarcane, mainly for molecular markers development, which can be used in genetic mapping / Doutorado / Genetica Vegetal e Melhoramento / Doutor em Genetica e Biologia Molecular

A utilização de técnicas moleculares têm facilitado o estudo de comunidades bacterianas complexas no ambiente. O presente trabalho teve como objetivo utilizar a técnica DGGE para avaliação dos efeitos do aumento da temperatura, causado pela queima de um canavial, na estrutura da comunidade bacteriana de solo, com ênfase ao grupo dos actinomicetos. Foram coletadas amostras de solo em diferentes profundidades, antes e depois da queima, e dados físico-químicos e climáticos associados. O DNA da comunidade bacteriana foi amplificado utilizando conjunto de primers específicos para o Domínio Bacteria e para o grupo de actinomicetos, e os produtos de amplificação analisados por DGGE. Resultados obtidos para as populações de actinomicetos não foram conclusivos. Apesar da variação dos parâmetros físico-químicos do solo provocadas pela queima, os padrões de bandas obtidos com os primers para o Domínio Bacteria, apresentaram-se uniformes. Sendo assim, nas condições de estudo deste trabalho, os resultados obtidos não revelaram alterações na estrutura da comunidade bacteriana do solo de canavial depois da queima. / The utilization of molecular techniques has facilitated the study of complex bacterial communities in the environment. The present study aimed at using DGGE technique to evaluate the effect of temperature variation, caused by sugar-cane plantation burn, in the soil bacterial community structure emphasizing the actinomycete group. Soil samples from different depths, were collected before and after the bum, as well as physical-chemical and climatic associated data. The bacterial community DNA was amplified using a specific primer set and the amplification products analyzed by DGGE. The results obtained for the actinomycete populations were not conclusive. Despite the variation of the soil parameters caused by the burn, the band patterns obtained used in this study were uniform. Therefore, under the conditions used in this study, the results obtained did not show any alteration in the structure of soil bacterial community associated with sugar-cane plantation after the burn.

Comparamos duas nuvens moleculares, Rosette (RMC) e Monoceros R2 (Mon R2), localizadas no Complexo de Monoceros com o objetivo de estudar suas condições físicas relacionadas às primeiras fases da formação estelar. Tratam-se de regiões interessantes por apresentarem características que podem ser confrontadas com a hipótese de formação estelar provocada pela passagem de nuvens de altas velocidades atravessando o plano Galáctico (HVCs). Avaliamos as propriedades dessas nuvens por meio de mapas de vários traçadores da formação estelar com base em diferentes bandas espectrais visando estudar a estrutura de densidade das nuvens, bem como os objetos estelares jovens, em particular as fontes masers de H2O que apresentam características típicas de protoestrelas massivas. Nossa análise permitiu verificar algumas semelhanças entre RMC e Mon R2, mas também nos revelou diferenças interessantes. De uma forma geral há concordância entre AV, CO e emissão de poeira em 100 microns; RMC possui muitos clumps, entretanto poucos aglomerados e nebulosidades exceto uma única região HII principal (NGC2244) enquanto Mon R2 apresenta poucos clumps, vários aglomerados jovens e pequenas nebulosidades; em RMC há mais estrelas massivas, distribuídas uniformemente; Mon R2 tem poucas estrelas B, distribuídas em estruturas filamentárias com maiores índices de AV, do que em RMC; as fontes emissão maser apresentam cores IRAS compatíveis com candidatas a protoestrelas massivas, mas não parecem estar associadas a fontes de raios-X, sugerindo que masers estão relacionados à fase protoestelar, ao passo que fontes-X representam fase Pré-Sequência Principal. Concluímos que a distribuição de objetos e a estrutura das nuvens estão de acordo com as simulações dos modelos de HVCs. Porém, nossos resultados também são compatíveis com modelos alternativos, que simulam a dinâmica da Galáxia, para explicar o cenário de formação estelar no Complexo de Monoceros. / We compare two molecular clouds of the Monoceros Complex in order to study their physical conditions related to the early stages of star formation. The selected clouds, Rosette (RMC) and Monoceros R2 (Mon R2), are interesting regions due to their characteristics that may be confronted with the hypothesis of star formation triggered by high velocity clouds (HVCs) crossing through the Galactic plane. We evaluate the properties of these clouds using maps obtained on the basis of dierent spectral bands to trace the density of the clouds and the young stellar objects, in particular H2O masers that show typical features of massive protostars. This analysis allowed us to verify some similarities between RMC and Mon R2, but also revealed interesting dierences. In a general way there is an agreement between Av, CO and dust emission at 100 microns; RMC has many clumps, a few clusters and a single main nebulosity that is an HII region around NGC2244, while Mon R2 has a few clumps, several young clusters and small nebulosities. In RMC there is a large number of massive stars, uniformly distributed, while Mon R2 has a few B stars, distributed in lamentary structures with levels of Av higher than in RMC; maser sources have IRAS colors compatible with massive protostars candidates, but do not seem to be associated with X-ray sources, suggesting that masers are more related to the protostellar phase, while X-ray sources are related to pre main sequence phase. We conclude that the distribution of objects and the structure of the clouds are in accordance with the simulations of HVC models. However, our results are also compatible with alternative models of the Galaxy dynamics that explain the scenario of star formation in the Monoceros Complex.

Neste trabalho realizamos um programa de seqüenciamento em larga escala de cDNAs obtidos de bibliotecas construídas a partir de mRNA de células de B. emersonii submetidas ao choque térmico e ao estresse por cádmio. Obtivemos 6350 seqüências expressas (ESTs) de alta qualidade, que representam 2326 seqüências únicas putativas (unigenes) do fungo. Destes unigenes putativos, 1282 genes foram classificados em pelo menos uma das categorias do Consórcio Gene Ontology (GO). A análise do transcriptoma parcial de B. emersonii determinado até o momento permitiu a identificação de 78 unigenes codificando chaperones moleculares de todas as famílias conhecidas. Para avaliarmos a expressão global dos genes em resposta a estresses ambientais, como o choque térmico e o cádmio, realizamos ensaios de microarranjos de DNA nestas condições de estresse. Observamos que em resposta ao choque térmico, B. emersonii induz a expressão de genes que codificam proteínas relacionadas com o enovelamento de proteínas e com a proteólise, o que seria esperado em condições de temperaturas elevadas, assim como genes que codificam proteínas com propriedades antioxidantes, além de proteínas envolvidas no metabolismo de nucleotídeos e no metabolismo de carboidratos. Em resposta ao estresse por cádmio, verificou-se a indução de genes que codificam principalmente proteínas com propriedades antioxidantes, proteínas envolvidas no metabolismo de aminoácidos, proteínas relacionadas com o transporte celular e proteínas envolvidas no enovelamento de proteínas e proteólise. Uma das conseqüências do estresse por cádmio é o aumento do estresse oxidativo e proteínas antioxidantes têm um papel fundamental na resposta a este tipo de estresse. Dentre os genes observados durante o seqüenciamento das ESTs de B. emersonii, observamos dez genes codificando proteínas distintas da família Hsp70. Nove genes hsp70 são expressos em pelo menos um dos estágios do desenvolvimento do fungo e sete apresentam uma indução significativa após o choque térmico. Estes dados sugerem que estes genes desempenham um papel importante durante o desenvolvimento e em resposta ao estresse térmico em B. emersonii. Outro dado interessante obtido neste trabalho foi o enriquecimento de ESTs que continham íntrons em sua seqüência nas bibliotecas de estresse. Portanto, o choque térmico e o estresse por cádmio em B. emersonii diminuem a eficiência de processamento dos íntrons permitindo sua caracterização. O cDNA da proteína Hsp17 foi o que apresentou o maior número de ESTs seqüenciadas nas bibliotecas de estresse. Experimentos de Northern blot indicaram que o gene hsp17 possui um nível de expressão muito baixo durante o ciclo de vida de B. emersonii, no entanto, como esperado sua expressão aumenta drasticamente quando as células de esporulação ou germinação são submetidas a choque térmico. Os níveis da proteína Hsp17 acompanham os níveis do seu mRNA, indicando que o controle da expressão do gene hsp17 deve ocorrer em nível de transcrição. / In this work we realized a large scale, sequencing program of cDNAs libraries obtained from mRNA of B. emersonii cells submitted to heat shock and cadmium stress. A total of 6350 high quality expressed sequence tags (ESTs) were obtained, representing 2326 unique putative genes (unigenes) of this fungus. From these putative unigenes, 1282 genes were classified at least in one of the three Gene Ontology Consortium (GO) categories. The analysis of the partial transcriptome of B. emersonii, determined until now, allowed the identification of 78 unigenes encoding molecular chaperones of all known protein families. To evaluate the global expression of the genes in response to environmental stresses, such as heat shock and cadmium, DNA microarray assays were performed. We observed that in response to heat shock B. emersonii induces the expreession of genes encoding proteins related to protein folding and proteolysis, as expected under high temperature conditions, as well as genes encoding proteins with antioxidant properties and proteins involved in nucleotide and carbohydrate metabolism. In response to cadmium stress, we mainly verified the induction of genes for proteins with antioxidant properties, proteins involved in amino acid metabolism, proteins related to cellular transport and proteins related to protein folding and proteolysis. One of the consequences of the exposure to cadmium is the increase of oxidative stress, and antioxidant proteins have a fundamental role in the response to this kind of injury. Amongst the genes observed during the B. emersonii EST sequencing program, ten genes encoding distinct proteins from the Hsp70 family were observed. Nine of them are expressed at least in one stage of the fungus development and seven genes presented a significant induction during heat shock treatment. These data suggest that the hsp70 genes perform an important role during development and in response to heat stress in B. emersonii. Another interesting result from this work was the enrichment of ESTs containing introns in the stress libraries. Thus, heat shock and cadmium stress decrease the efficiency of intron processing in B. emersonii, allowing for intron characterization. The cDNA for the Hsp17 protein presented the highest number of ESTs sequenced from the stress libraries. Northern blot experiments indicated that the hsp17 gene is expressed at very low levels throughout the life cycle of B. emersonii, however, as expected its expression increases drastically when sporulation or germination cells are submitted to heat shock. Hsp17 protein levels accompany its mRNA levels, indicating that the control of expression of the hsp17 gene occurs at a transcriptional level.

Made available in DSpace on 2016-01-26T18:56:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Inae Braga.pdf: 459668 bytes, checksum: 71106398a364205dfc2654bc4ad75136 (MD5) Previous issue date: 2013-08-08 / Approximately 80-90% of grassland areas in Brazil consist of the forage Urochloa, genus and the apomictic species Urochloa brizantha [syn. Brachiaria brizantha (Hochst. ex A. Rich.) Stapf.] the most used. Some genotypes of Urochloa have being widely used with a wrong nomenclature, even for species as for cultivars. In this way, the Urochloa cultivar identification is primordial for breeding programs and seed production. Considering the importance of genetic purity in comercialized seed lots, the present study aimed to investigate the potential of ISSR markers for discrimination of U. brizantha (Xaraés; Piatã, Basilisk; MG4; MG5; Marandú) in order to determine the degree of contamination of seed lots. ISSR markers showed a low degree of polymorphism . However, results showed it is possible to identify cultivars in pure samples of seeds Urochloa, requiring only ten primers. The cultivar Basilisk was confirmed as U. brizantha cultivar. It was not possible to differentiate samples intentionally contaminated at levels stipulated in the work. Further studies with other primers and other contamination levels will be important to detect varietal mixtures in cultivars U. brizanhta. / Aproximadamente 80 a 90% das áreas de pastagens no Brasil são constituídas por forrageiras do gênero Urochloa, sendo a espécie apomítica Urochloa brizantha [syn. Brachiaria brizantha (Hochst. ex A. Rich.) Stapf.] a mais utilizada. Alguns genótipos de Urochloa têm sido amplamente distribuídos com a nomenclatura equivocada, tanto para espécies como para cultivares. A identificação dos cultivares de Urochloa é fundamental para os programas de melhoramento e produção de sementes. Considerando a importância da pureza varietal em lotes de sementes comercializadas, o presente trabalho teve o objetivo verificar o potencial dos marcadores ISSR para a discriminação de U. brizantha (Xaraés; Piatã, Basilisk; MG4; MG5; Marandú) com a finalidade de determinar o grau de contaminação de lotes de sementes. Os marcadores ISSR apresentaram um baixo grau de polimorfismo. Todavia, os resultados mostraram ser possível identificar os cultivares em amostras puras de sementes de Urochloa, sendo necessários somente dez primers. O cultivar Basilisk foi confirmado como U. brizantha. Não foi possível diferenciar amostras contaminadas propositalmente nos níveis estipulados no trabalho. Novos estudos com outros primers e outros níveis de contaminação serão importantes para detectar misturas varietais em cultivares de U.brizantha.

Made available in DSpace on 2016-07-18T17:51:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Inae Braga.pdf: 459668 bytes, checksum: 71106398a364205dfc2654bc4ad75136 (MD5) Previous issue date: 2013-08-08 / Approximately 80-90% of grassland areas in Brazil consist of the forage Urochloa, genus and the apomictic species Urochloa brizantha [syn. Brachiaria brizantha (Hochst. ex A. Rich.) Stapf.] the most used. Some genotypes of Urochloa have being widely used with a wrong nomenclature, even for species as for cultivars. In this way, the Urochloa cultivar identification is primordial for breeding programs and seed production. Considering the importance of genetic purity in comercialized seed lots, the present study aimed to investigate the potential of ISSR markers for discrimination of U. brizantha (Xaraés; Piatã, Basilisk; MG4; MG5; Marandú) in order to determine the degree of contamination of seed lots. ISSR markers showed a low degree of polymorphism . However, results showed it is possible to identify cultivars in pure samples of seeds Urochloa, requiring only ten primers. The cultivar Basilisk was confirmed as U. brizantha cultivar. It was not possible to differentiate samples intentionally contaminated at levels stipulated in the work. Further studies with other primers and other contamination levels will be important to detect varietal mixtures in cultivars U. brizanhta. / Aproximadamente 80 a 90% das áreas de pastagens no Brasil são constituídas por forrageiras do gênero Urochloa, sendo a espécie apomítica Urochloa brizantha [syn. Brachiaria brizantha (Hochst. ex A. Rich.) Stapf.] a mais utilizada. Alguns genótipos de Urochloa têm sido amplamente distribuídos com a nomenclatura equivocada, tanto para espécies como para cultivares. A identificação dos cultivares de Urochloa é fundamental para os programas de melhoramento e produção de sementes. Considerando a importância da pureza varietal em lotes de sementes comercializadas, o presente trabalho teve o objetivo verificar o potencial dos marcadores ISSR para a discriminação de U. brizantha (Xaraés; Piatã, Basilisk; MG4; MG5; Marandú) com a finalidade de determinar o grau de contaminação de lotes de sementes. Os marcadores ISSR apresentaram um baixo grau de polimorfismo. Todavia, os resultados mostraram ser possível identificar os cultivares em amostras puras de sementes de Urochloa, sendo necessários somente dez primers. O cultivar Basilisk foi confirmado como U. brizantha. Não foi possível diferenciar amostras contaminadas propositalmente nos níveis estipulados no trabalho. Novos estudos com outros primers e outros níveis de contaminação serão importantes para detectar misturas varietais em cultivares de U.brizantha.

El cultivo de variedades de colza (Brassica napus) con resistencia a herbicidas en nuestro país presenta el riesgo de transferencia de esa característica a especies silvestres emparentadas. Una de estas especies es el nabo silvestre (B. rapa), una importante maleza de los cultivos de invierno que se encuentra ampliamente distribuida en la región pampeana. Debido a esto, actualmente se encuentra prohibida la introducción de semilla de colza transgénica en el país. Resulta crucial evitar la dispersión de nuevos biotipos de malezas resistentes debido a que disminuyen la efectividad de las tecnologías de control químico disponibles. En el año 2008, en el partido de Balcarce, se encontró una población de B. rapa en simpatría con un cultivar de colza resistente a imidazolinonas y otro susceptible. Además, en diferentes sitios de la provincia de Buenos Aires se han hallado recientemente poblaciones del genero Brassica con resistencia a glifosato. Los objetivos generales de esta tesis fueron abordar el estudio de flujo génico desde B. napus hacia la maleza B. rapa, determinar la presencia y transferencia de resistencia a herbicidas, y efectuar la caracterización morfológica y molecular de los individuos resistentes. Para desarrollar estos objetivos se realizaron actividades experimentales que permitieron determinar el grado de hibridación entre las especies, en particular entre la maleza y el cultivar resistente a herbicidas, se identificaron caracteres morfológicos intermedios, se realizó una caracterización molecular sobre los presuntos híbridos interespecíficos, y se evaluó la perdurabilidad del rasgo de resistencia en el ambiente estudiado. Por otro lado, se relevó la presencia de nuevas poblaciones con resistencia a glifosato, se investigó el origen molecular de la resistencia y se evaluó la presencia de resistencia múltiple a glufosinato de amonio. En última instancia, se propusieron medidas de prevención y control. Los resultados obtenidos comprobaron la hibridación entre B. napus y B. rapa en el área principal de cultivo de la Argentina. Los híbridos heredaron caracteres fenotípicos de ambos parentales y el carácter de resistencia a imidazolinonas fue efectivamente transferido desde la colza cultivada. No obstante, el rasgo desapareció al cabo de un año post-hibridación indicando que ante la ausencia de presión de selección por herbicida, la menor aptitud biológica de los híbridos, la competencia con otro cultivo y la rotación del mecanismo de acción de los herbicidas afectaron considerablemente la perdurabilidad de estos individuos. En la evaluación de poblaciones resistentes a glifosato provenientes de distintos sectores de la región pampeana, se confirmó el origen transgénico de la resistencia. Por otro lado, no se detectaron poblaciones con resistencia múltiple al herbicida glufosinato de amonio. / Herbicide-resistant rapeseed (Brassica napus) cultivation in our country entails the risk of gene transfer into wild relative species. One of this species is wild turnip (B. rapa), an important winter crops’ weed, widely distributed in the Pampean region. Thus, transgenic rapeseed is forbidden in the country. It is crucial to avoid dispersion of new resistant weed biotypes as they reduce the effectiveness of chemical control technologies. In 2008, a B. rapa population which was sympatric to an imidazolinone-resistant rapeseed cultivar and a susceptible one, was found in Balcarce county. Furthermore, in different sites of Buenos Aires province, glyphosate-resistant Brassica sp. populations have recently been found. The objectives of this thesis were to study the gene flow from B. napus to B. rapa weed, to establish the presence and transfer of herbicide-resistance and to perform a morphological and molecular characterization of resistant individuals. In order to achieve this objectives, experimental activities where developed. They established the degree of hybridization between species, particularly amongst the weed and the herbicide-resistant cultivar, intermediate morphological characters were identified, a molecular characterization was performed upon the putative interespecific hybrids and the resistant trait persistence was assessed in the studied environment. Moreover, the presence of new glyphosate-resistant populations was screened, the molecular origin of the resistance was investigated and the presence of multiple resistance to glufosinate was evaluated. Ultimately, prevention and control measures were proposed. The results confirmed hybridization between B. napus and B. rapa in Argentina’s main crop area. The hybrids inherited phenotypic characters from both parents and the herbicide-resistant trait was successfully transferred from rapeseed. In spite of this, resistant-trait disappeared after a year post-hybridization showing that without herbicide selection pressure, hybrid fitness, competition with another crop and rotation on the mechanism of action had a significant relevance on these individuals’ persistence. Transgenic origin was verified on glyphosate-resistant populations from different parts of the Pampean region. Conversely, no glufosinate-resistant populations were detected.

En la presente tesis se estudian procesos de ionización de distintos blancos por impacto de electrones y positrones, a nivel plenamente diferencial. El cálculo de secciones eficaces se realiza mediante métodos de onda distorsionada y los resultados obtenidos se comparan con datos experimentales y otros modelos teóricos. Se realizan distintas aproximaciones a la descripción del estado final de la colisión, en función del blanco involucrado. Comenzando por estudiar la molécula de H2O, se observó que para electrones incidentes con una energía de 81 eV, aproximar al ion molecular como un único centro de carga +1 en el estado final predice correctamente las estructuras experimentales, pero que al reducir esta energía a 65 eV, el modelo sobreestima la emisión electrónica hacia ángulos grandes, respecto de la dirección del haz incidente. En este sentido, se realizó una segunda aproximación, promediando esféricamente la interacción de las partículas en el continuo con el ion molecular, la cual mejora la descripción de esta emisión electrónica, aunque solamente para momentos transferidos bajos. Además, analizando la influencia del signo de carga del proyectil, se observó que es de vital importancia considerar explícitamente la interacción post-colisional en el cálculo de la amplitud de transición. Por otra parte, analizando la simple ionización de la molécula de C4H8O por impacto de electrones a una energía de 250 eV, y a través de estos modelos monocéntricos, se observó que promediar esféricamente el potencial anisotrópico en el estado final, mejora la descripción de las estructuras experimentales respecto de considerar un único centro de carga +1, pero sin lograr un acuerdo perfecto en todas las direcciones de emisión. En consecuencia, se introdujo una aproximación multicéntrica al ion molecular, la cual fue implementada para analizar la simple ionización de moléculas orientadas de H2 por impacto de electrones a una energía de 54 eV. En este caso, se observó que el modelo introducido provee una buena descripción de las estructuras experimentales para condiciones energéticas simétricas de emisión, mejorando la predicha por los modelos monocéntricos. Por último, se realizó un análisis diferencial de la ionización del átomo de hidrógeno embebido en plasmas débilmente acoplados a energías de impacto de 80 y 150 eV, donde se incluyó el efecto de apantallamiento entre los tres pares de partículas del estado final. Los resultados obtenidos sugieren que la emisión electrónica se ve fuertemente afectada por el grado de apantallamiento del entorno, para distintas condiciones cinemáticas, e indicando un pérdida del mecanismo de interacción post-colisional. / The present thesis investigates ionization processes of various targets by electron and positron impact, at a fully differential level. The cross sections are calculated by means of distorted wave methods, benchmarking the obtained results with experimental data and other theoretical models. Different approximations to the description of the final state of the collision process are made, according to the target involved. Starting with the study of the H2O molecule, it was observed that for incident electrons with an energy of 81 eV, approximating the molecular ion as a single center of charge +1 in the final state, correctly predicts the experimental structures. However, when this energy is reduced to 65 eV, this model overestimates the electronic emission towards large angles, with respect to the incident beam direction. In this regard, a second approximation was made, spherically averaging the interaction between the continuum particles and the molecular ion, which improves the description of this electronic emission, but only for low momentum transfers. In addition, analyzing the influence of the projectile charge sign, it was observed that it is vital to explicitly consider the post-collisional interaction in the calculation of the transition amplitude. On the other hand, the simple ionization of the C4H8O molecule by electron impact at an energy of 250 eV was analyzed, by means of these monocentric models, observing that spherically averaging the anisotropic potential in the final state improves the description of the experimental structures compared to considering a single center of charge +1, but without achieving perfect agreement in all emission directions. Consequently, a multicentric approximation to the molecular ion was introduced, which was implemented to analyze the simple ionization of H2 oriented molecules by electron impact at an energy of 54 eV. In this case, it was observed that the anisotropic model provides a good overall description of the experimental structures for symmetric emission energy conditions, improving the results obtained by means of monocentric models. Finally, a differential analysis of the ionization of the hydrogen atom embedded in weakly coupled plasmas at impact energies of 80 and 150 eV was performed, including the screening effect among the three pairs of particles in the final state. The obtained results suggest that electronic emission is strongly affected by the degree of screening of the environment, for different kinematic conditions, indicating a loss of the post-collisional interaction mechanism.

El desarrollo de nuevos fármacos constituye un área de investigación fundamental en la medicina moderna. Más allá de los vertiginosos avances científicos en informática molecular y bioquímica que abonan a su mejora continua, la inversión en tiempo y recursos es sumamente elevada, en contraste a su exigua tasa de éxito. Las estrategias computacionales juegan un rol clave en la optimización y eficiencia de las múltiples tareas involucradas en el desarrollo de medicamentos, que abarcan desde la representación molecular y el modelado predictivo de bioactividad hasta el cribado virtual de fármacos y el diseño de nuevas estructuras químicas. El objetivo de esta tesis se centró en el desarrollo y aplicación de estrategias computacionales novedosas basadas en aprendizaje profundo para contribuir a la optimización de las diversas etapas del descubrimiento de nuevos medicamentos. Las contribuciones de la presente tesis parten de un análisis crítico y permanente del estado del arte en informática molecular e involucran el diseño de nuevas estrategias aplicando conceptos y desarrollos de vanguardia en aprendizaje profundo. Como resultado de este trabajo, se lograron propuestas novedosas alineadas en tres ejes fundamentales del proceso de desarrollo de fármacos: representaciones moleculares, modelado predictivo de bioactividad, y analítica visual aplicada a cribado virtual de fármacos. En materia de modelado predictivo de bioactividad, desarrollamos enfoques de modelado QSAR capaces de alcanzar rendimientos predictivos superiores a los previamente reportados para un gran número de propiedades de relevancia en el área, sin necesidad de realizar selección de características. Propusimos un enfoque de definición del dominio de aplicabilidad químico para dichos modelos eficaz en la determinación del rango de confiabilidad de las predicciones, y desarrollamos una estrategia para brindar interpretabilidad a modelos QSAR basados en redes neuronales. Además, experimentamos con aprendizaje profundo multi-tarea, logrando un enfoque pionero para el modelado de mutagenicidad de Ames, que permite el aprendizaje conjunto de información de diferentes blancos farmacológicos, superando en rendimiento a los resultados previamente publicados. En el área de representación molecular, desarrollamos un riguroso trabajo de investigación y análisis comparativo de diversas estrategias de representación molecular tradicionales y basadas en aprendizaje profundo. Propusimos un diseño experimental para la comparación y evaluación del desempeño de dichas representaciones en modelado QSAR, cuyos resultados evidenciaron la importancia de la selección cuidadosa de la representación elegida y proporcionan un marco de referencia para posteriores estudios similares. Por último, presentamos una herramienta integral de analítica visual para cribado virtual que integra diferentes fuentes de información química y representaciones moleculares complementarias. Esta herramienta interactiva demostró ser eficaz en la asistencia a expertxs de química medicinal para la exploración visual de patrones de similitud estructural en grandes conjuntos de datos químicos y para el diseño de nuevos compuestos candidatos. / The development of new drugs constitutes a fundamental research area in modern medicine. Beyond the rapid scientific advances in molecular informatics and biochemistry, which contribute to its continuous improvement, the investment in time and resources is extremely high, in contrast to its limited success rate. Computational strategies play a key role in optimizing and streamlining the multiple tasks involved in drug development, ranging from molecular representation and predictive modeling of bioactivity profiles, to virtual drug screening and the design of novel chemical structures. The goal of this thesis focused on the development and application of novel computational strategies based on deep learning to contribute to the optimization of the many stages involved in the drug discovery process. The contributions of this thesis stem from a critical and ongoing analysis of the state of the art in molecular informatics and involve the design of new strategies by applying recent concepts and developments in deep learning. As a result of this work, we achieved a series of innovative proposals which align to three fundamental cornerstones of the drug development process: molecular representation, predictive modeling of bioactivity profiles, and visual analytics applied to virtual drug screening. In the field of predictive bioactivity modeling, we developed QSAR modeling approaches that achieved higher predictive performances than those previously reported for numerous relevant biochemical properties, while at the same time overcoming the need for a feature selection step. We proposed an approach to define the chemical applicability domain for these models, effectively determining the reliability range of predictions, and developed a strategy to provide interpretability to QSAR models based on neural networks. Additionally, we experimented with multi-task deep learning, achieving a pioneering approach for modeling Ames mutagenicity that allows the joint learning of information from different pharmacological targets, which outperformed previously published results. In the field of molecular representation, we conducted a rigorous research and comparative analysis of various traditional and deep learning-based molecular representation strategies. We proposed an experimental design for the comparison and evaluation of the performance of these representations in QSAR modeling, and the results highlighted the importance of carefully selecting the molecular representation for each task, while also providing a reference framework for subsequent similar studies. Finally, we introduced a comprehensive visual analytics tool for virtual screening that integrates different sources of chemical information and complementary molecular representations. This interactive tool proved to be effective in assisting medicinal chemistry experts in visually exploring structural similarity patterns in large chemical datasets and in the design of new candidate compounds.

En el Banco de Germoplasma del Instituto de Conservación y Mejora de la Agrodiversidad Valenciana de la Universidad Politécnica de Valencia (COMAV) se mantienen actualmente más de 7000 entradas de especies hortícolas, incluyendo cultivares locales españoles y especies silvestres. Entre estas entradas se incluyen 3500 de la sección Lycopersicon y 144 de la sección Basarthrum del género Solanum. Para que el empleo de estos recursos fitogenéticos sea eficiente es necesario conocer su estructura genética y su taxonomía. El conocimiento de la distribución de la variabilidad existente permite establecer criterios de conservación más racionales y un uso más eficiente de estos recursos para la mejora de las especies cultivadas. Los objetivos de la presente tesis doctoral se centran en el estudio de las secciones del género Solanum mencionadas previamente. Ambas secciones incluyen especies cultivadas: tomate y pepino dulce. La clasificación y filogenia de las especies pertenecientes a cada una de estas secciones ha sido objeto de controversia durante mucho tiempo y, a pesar del esfuerzo realizado hasta el momento, todavía no se ha alcanzado un consenso definitivo. Esto puede ser debido a una separación reciente de estas especies, que permanecen estrechamente relacionadas y con capacidad de cruzamiento, o a la falta de trabajos en los que se incluya una representación adecuada de toda la variabilidad presente en estas secciones. Para analizar la taxonomía de la sección Lycopersicon se ha empleado una amplia representación de materiales de cada una de las especies abarcando todo su rango de distribución. Los análisis realizados identifican 12 especies distintas. Esta clasificación confirma algunas de las nuevas especies propuestas en la sección recientemente, pero no en todos los casos. La nueva especie S. huaylasense aparece claramente separada de S. peruvianum. / Zuriaga García, E. (2009). Análisis de la variabilidad en poblaciones naturales de Solanum, secciones Lycopersicon y Basarthrum [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/6362