Micronutrientes, vitaminas e minerais, são indispensáveis para as vias de metabolismo do DNA e, além disso, são tão importantes para a manutenção da vida quanto os macronutrientes. Na ausência dos nutrientes adequados, a instabilidade genômica compromete a homeostase, ocasionando doenças crônicas e certos tipos de câncer. Meios de cultura celular tem por finalidade mimetizar o ambiente in vivo, proporcionando aos modelos in vitro condições adequadas para que se avalie a resposta celular aos diferentes estímulos. O artigo de revisão sumariza e discute os micronutrientes usados na suplementação das culturas celulares e sua influência na a viabilidade celular e a estabilidade genômica, focando nos estudos in vitro previamente realizados. Nestes estudos, os meios de cultura celular incluem certas vitaminas e minerais em concentrações distintas das fisiológicas in vivo. Em muitos meios de cultura comumente usados, a única fonte de micronutrientes é o Soro Fetal Bovino (SFB), o qual contribui com 5-10% da composição final do meio. Atenção insuficiente tem sido direcionada à composição de SFB, micronutrientes e culturas celulares como um todo, ou à influência de micronutrientes na viabilidade e genética de culturas celulares. Estudos adicionais avaliando melhor o papel de micronutrientes no nível molecular e a sua influência na estabilidade genômica de células ainda se fazem necessários. O micronutriente foco dessa tese é o Ferro (Fe), que por sua vez é um micronutriente essencial, sendo requerido para o crescimento, desenvolvimento e condições normais de funcionamento das células. Tanto seu excesso quanto a sua deficiência podem causar estresse oxidativo e dano ao DNA. Uma vez que os meios de cultura usualmente utilizados para culturas celulares têm níveis de Fe abaixo das concentrações encontradas no soro fisiológico humano, os objetivos deste estudo foram a avaliação do papel da suplementação com Fe na viabilidade celular, na produção de espécies reativas de oxigênio (ERO), na atividade da catalase, na integridade genômica, na expressão de proteínas de reparo de DNA que contém clusters Fe/S em sua estrutura (TFIIH e MutyH) e na expressão de receptores de absorção de Fe (CD71 e Nramp2). Duas linhagens celulares – MRC5 (fibroblasto pulmanar humano) e HepG2 (hepatocarcinoma) - e dois tipos de suplementação com Fe foram utilizados, holo-Transferrina (h-Tf) e FeSO4. Ambas suplementações foram capazes de aumentar os níveis intracelulares de Fe e a viabilidade genômica. A suplementação com Fe também aumentou a formação de ERO, sem alterar a atividade da catalase. No entanto, este aumento de ERO não foi acompanhado por genotoxicidade. No que se refere à expressão de proteínas de reparo ao DNA, os resultados sugerem que o pré-tratamento com h-Tf ou FeSO4 não exercem influência direta na expressão de TFIIH ou MutyH. Entretanto, na expressão de receptores de Fe, os resultados preliminares indicam que CD71 é uma via prioritária de absorção de Fe, estando relacionada com a homeostase de Fe, enquanto Nramp2 parece ter um papel secundário. Devido à importância fisiológica da h-Tf na homeostase do Fe e o acúmulo de ERO menos pronunciado, sugere-se que h-Tf seja uma melhor forma para a suplementação de Fe nas culturas in vitro. Estudos adicionais se fazem necessários para a melhor elucidação do papel do Fe na viabilidade celular e estabilidade genômica. / Micronutrients, including minerals and vitamins, are indispensable to DNA metabolic pathways and thus are as important for life as macronutrients. Without the proper nutrients, genomic instability compromises homeostasis, leading to chronic diseases and certain types of cancer. Cell-culture media try to mimic the in vivo environment, providing in vitro models used to infer cells’ responses to different stimuli. The review summarizes and discusses studies of cellculture supplementation with micronutrients that can increase cell viability and genomic stability, with a particular focus on previous in vitro experiments. In these studies, the cell-culture media include certain vitamins and minerals at concentrations not equal to the physiological levels. In many common culture media, the sole source of micronutrients is fetal bovine serum (FBS), which contributes to only 5-10% of the media composition. Minimal attention has been dedicated to FBS composition, micronutrients in cell cultures as a whole, or the influence of micronutrients on the viability and genetics of culture cells. Further studies better evaluating micronutrients’ roles at a molecular level and its influence on the genomic stability of cells is still required. The micronutrient focus on this thesis is Iron (Fe), which is an essential micronutrient and is required for growth, development, and normal cellular functioning. Either excess or deficiency of iron can cause oxidative stress and DNA damage Since the cell media commonly used for cell culture has a lower iron concentration than the human serum, this study aimed to evaluate the role of iron supplementation on viability, reactive oxygen species (ROS) production, catalase activity, genome integrity and the expression of iron-bearing DNA repair proteins (TFIIH and MutyH) and proteins associated with iron absorption (CD71 and Nramp2). Two human cell lines – MRC5 (normal lung fibroblast) and HepG2 (hepatocellular carcinoma) and 2 sources of iron - holo-Transferrin (h-Tf) or FeSO4 were used. Both iron supplements were able to increase intracellular iron levels and cell viability. Iron supplementation increased the formation of ROS, but did not alter catalase activity. However, this increase was not accompanied by genotoxicity. Regarding the DNA repair protein expressions, the results suggest that 24h pre-treatment with h-Tf or FeSO4 has no role in the TFIIH or MutyH expressions. Although, in iron receptor proteins expression, the preliminary data could indicate that CD71 is priority related with Fe homeostasis while Nramp2 seems to have a secondary role. Due to h-Tf physiological role in the iron homeostasis and the less pronounced ROS accumulation, h-Tf could be a better iron supplier in vitro. Additional studies are still required to better elucidate the role of Fe in cell viability and genomic stability.

Submitted by MARCIA ROVADOSCHI (marciar@unifra.br) on 2018-08-20T12:12:52Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_SylvioAndreGarciaVieira.pdf: 3455615 bytes, checksum: 2826b01774c4732fb20d76dd1dde7a09 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-20T12:12:52Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_SylvioAndreGarciaVieira.pdf: 3455615 bytes, checksum: 2826b01774c4732fb20d76dd1dde7a09 (MD5) Previous issue date: 2016-08-23 / The analysis of the biological formations through computer programs has been turning the interpretation of information quicker, more practical, and more reliable. There are a great number of data stored in specialized databases all over the world, that need to be analyzed and interpreted. On the biological databases, there are data obtained from a variety of ways of research in organisms affected by illnesses such as adenoma and carcinoma. There are also data related to the processes of maintenance of the organism in various levels, called pathways. These pathways act in the organism in a different way in every stage, such as in its normality or in the presence of some genetic disease. This study aims at using graphs in order to develop a model of pathway interaction network that incorporate the maintenance of the genome and other activities of the organism conveyed in adenoma and carcinoma of the adrenal cortex, identifying those who are active in the organism in the presence of gene mutation. In order to determine which pathways are modified in the presence of each disease was used a calculus of relative activity of the route associated to the statistical test Z. To visualize the results, graphs were used, whose junctions represent the pathways and whose edges represent the interactions. Through the computer program developed, it was possible to identify the differences that the organism presents in these conditions, allowing the suggestion of employment of this technique to identify modifications that the organism may present when a new nanoencapsulated drug is used. / A análise de informações biológicas por meios computacionais vem tornando as atividades de interpretação das informações mais rápida, prática e confiável. Existem muitos dados depositados em bancos especializados ao redor do mundo, que precisam ser avaliados e interpretados. Nestes bancos de dados de informações biológicas há informações resultantes de várias formas de pesquisas em organismos acometidos de doenças, como adenomas e carcinomas. A evolução dessas doenças ocorre através da ativação de vias muito específicas. Estas vias atuam no organismo de forma diferente em cada estado, como na sua normalidade ou na presença de alguma doença genética. Este trabalho tem por objetivo utilizar grafos para desenvolver um modelo de redes de interação de vias que envolvam a manutenção do genoma e outras atividades do organismo expressas em adenoma e carcinoma de córtex adrenal, identificando as vias expressas no organismo na presença de mutações. Para determinar quais vias estariam com a sua expressão alterada na presença de cada doença, foi utilizado o cálculo de atividade relativa da via associado ao teste estatístico Z. Para visualização dos resultados foram utilizados grafos, cujos nós representam as vias e as arestas representam as interações. Por meio do sistema computacional desenvolvido foi possível identificar as diferenças que o organismo apresenta nestas condições, permitido a sugestão de utilização desta técnica para a identificação das modificações que o organismo possa apresentar quando da utilização de um novo fármaco nanoencapsulado.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-09-19T11:37:57Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Stela Barros RIbeiro - 2016.pdf: 2466812 bytes, checksum: 6dcf03c36d51185279b526d71c61bd43 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-09-19T11:38:26Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Stela Barros RIbeiro - 2016.pdf: 2466812 bytes, checksum: 6dcf03c36d51185279b526d71c61bd43 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-19T11:38:26Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Stela Barros RIbeiro - 2016.pdf: 2466812 bytes, checksum: 6dcf03c36d51185279b526d71c61bd43 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-03-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The development of genomic analysis technologies, mainly the next generation sequencing platforms (NGS), has enabled to obtain a large amount of DNA sequencing information. The association between NGS data and cutting edge computational tools affords access to whole genome information for different organisms, through whole genome assembly (or partial) and structural and functional characterization. The cagaiteira tree (E. dysenterica DC.) is one of the Cerrado native species with potential utilization in crop production systems, due to its products exploration: fruits, leaves and bark. Besides, it has ecological importance for food availability to local fauna. Despite the efforts made, little is known about the organization and genetic structure of the cagaiteira tree. The previous researches take into account a reduced number of molecular markers applied to mating systems studies and effects of micro evolutionary events in populations. In this study we obtained an assembly and a partial characterization of E. dysenterica genome, regarding number, structure and function of genes and repetitive DNA. We obtained DNA sequences for five individuals from different populations using Illumina MiSeq sequencing platform. The quality control was performed with FasQc and Trimmomatic. We assembled the reads using dipSPAdes and used blastn and Samtools to verify the assembly quality. We used Repeat Masker, Repeat Modeler and QDD to identify and characterize the repetitive DNA content. For gene prediction and annotation we used AUGUSTUS and Blast2GO. The raw DNA sequences amounted 8.64 Gb, distributed in 63,017,960 reads. After trimming for low quality, the amount decreased to 5.63 Gb, distributed in 59,415,168 reads. After filtering for organellar DNA and contigs smaller than 500 bp, we assembled 130,243 contigs, representing 56.7% (~250 Mb) of estimated E.dysenterica genome size (~442 Mb). About 35.3% of genome assembled comprised repetitive regions, of which 27.1% are transposable elements (most LTR retrotransposons). We identified 55,491 microsatellite regions, 46,701 mononucleotides and 8,403 dinucleotides. The T/A motif was the most common follow by A/T and GA/TC. We predicted 60,171 gene fragments and 228,510 transcripts. We observed a gene density of 1 gene per 7.3 Kb and an average of 3.8 transcripts per gene. This study makes the cagaiteira tree the first native plant species from Cerrado of which genome was widely sampled and characterized using NGS data. / Com o desenvolvimento das tecnologias de análise genômica, entre elas o sequenciamento de nova geração (NGS), a obtenção de uma grande quantidade de dados de sequenciamento de DNA é hoje uma realidade. Estes dados, associados às ferramentas computacionais desenvolvidas para sua análise, permitem o acesso às informações sobre genomas de diversos organismos, através da montagem de suas sequências parciais ou completas, bem como sua caracterização estrutural e funcional. A cagaiteira (E.dysenterica DC.) é uma das espécies nativas do Cerrado que possui potencial de utilização em sistemas de produção agrícola, devido ao potencial de utilização de seus frutos, folhas e casca além de possuir grande valor ecológico, por servir de alimento para a fauna nas suas regiões de ocorrência. Apesar dos avanços obtidos, pouco se sabe sobre a organização e estrutura genética desta espécie, visto que os trabalhos já realizados fazem o uso de um pequeno número de marcadores moleculares, aplicados a estudos sobre sistema cruzamento e efeitos de eventos microevolutivos nas populações. Foi realizada a montagem e a caracterização parcial o genoma de E.dysenterica com relação à quantidade, estrutura e função de genes e DNAs repetitivos, de forma a agregar informações àquelas já existentes. DNAs de cinco indivíduos de populações distintas foram sequenciados utilizando a plataforma Illumina MiSeq. O controle de qualidade das sequências genômicas obtidas foi feito utilizando o FastQc e o Trimmomatic. O draft assembly foi obtido utilizando o dipSpades e o controle de qualidade do assembly foi feito utilizando o blastn e o SamTools. A identificação e caracterização de regiões repetitivas foi feita com os programas RepeatMasker, RepeatModeler e QDD. Para a predição e anotação de genes foram utilizados os programas AUGUSTUS e o Blast2GO. Foi obtido um volume inicial de 8,64 Gb de sequências, distribuídos em 63.017.960 reads. Este valor diminuiu para após o controle de qualidade, restando 5,63 Gb, distribuídos em 59.415.168 reads. Mesmo com diminuição da quantidade de dados, foi observado o aumento das taxas de alinhamento entre o genoma de E.dysentera e E.grandis, espécie mais próxima à cagaiteira, cujo genoma já foi sequenciado. Após a retirada de DNAs organelares e contigs menores que 500 bases, foram obtidos 130.243 contigs, representando 56,7% (~250 Mb) do tamanho estimado para o genoma de E.dysenterica (~442 Mb). Cerca de 35,3% do assembly é composto por regiões repetitivas das quais 27,1% são elementos transponíveis, sendo a maioria pertencente à ordem LTR retrotransposons. Foram identificadas 55.491 regiões microssatélites das quais 46.701 são monocleotídeos e 8.403 são dinucleotídeos. O motivo de repetição T/A foi o mais frequente, seguido por A/T e GA/TC. Foram preditos 60.171 fragmentos gênicos e 228.510 transcritos. Observou-se uma densidade de 1 gene a cada 7,3 kb e uma média de 3,8 transcritos por gene. Diante dos resultados obtidos e a abordagem utilizada, este trabalho faz da cagaiteira a primeira espécie vegetal nativa do Cerrado cujo genoma foi amplamente amostrado e caracterizado utilizando dados NGS.

Atualmente, o Brasil é considerado o maior exportador mundial e terceiro maior produtor mundial de carne de frango. Este destaque é resultado, principalmente, do melhoramento animal baseado na estimação do valor genético a partir da mensuração de fenótipos e informações de pedigree. Entretanto, é comum que a seleção não seja feita para cada característica isoladamente devido à correlação genética entre elas. Esta correlação tem como causas a pleiotropia ou a ligação genética. Com este trabalho objetivou-se detectar associações entre características fenotípicas de interesse para a avicultura e SNPs em uma região do cromossomo 1 (168 - 208 cM e 57 - 71 Mbp), onde possíveis QTL ligados foram previamente mapeados. Utilizou-se o Beadchip de SNPs de 60k para genotipar 14 animais da geração Parental (machos TT e fêmeas CC) e 28 F1 da população TCTC desenvolvida pela Embrapa Suínos e Aves. A linhagem TT apresentou maior variabilidade genotípica que CC, porém, os F1 foram superiores às linhagens Parentais com base no número de heterozigotos e MAF. O polimorfismo com maior ocorrência em ambas as gerações foram as transições com 84,3%. Foram selecionados 144 SNPs mais informativos com base na heterozigosidade dos cinco casais F1 que geraram os 453 F2. Houve redução de heterozigotos e MAF em F2, em função da média de F1, decorrente de certo grau de parentesco e endogamia entre os animais que compuseram esta geração. Os blocos de haplótipos construídos demonstraram que os machos TT apresentaram 25 blocos, fêmeas CC (17), F1 (32) e F2 (23) com tamanho médio de 278, 467, 242 e 160 kpb, respectivamente. Foi evidenciado que 236 (42,7%) correlações fenotípicas foram significativas, das quais o maior número constatado foi entre PB_MS e outras 17 características e, o maior valor estimado foi entre PB_MS e EE_MS (-0,90). Do total esperado de 3.456 testes de associação, 609 (17,6%) foram considerados significativos (p < 0,05), sendo 424 (69,6%) com efeito aditivo e 185 com efeito de dominância (30,4%). PV41 apresentou maior número de associações (123), enquanto DOR não foi associado a nenhum SNP. Proporcionalmente, o maior número de SNPs foi associado próximo ao QTL pleiotrópico 2 para 17 características. Já os maiores níveis de significância (p < 9,59 x 10-8) para o efeito aditivo foram evidenciados para SNPs localizados próximos ao QTL pleiotrópico 1 e associados somente com PV41, a saber: Gga_rs13869715 (A < C), Gga_rs13870613 (T < C), Gga_rs14827719 (A < G), GGaluGA019336 (T < C) e GGaluGA019533 (A < C). Foram detectadas associações ainda não descritas na literatura para GP3541, CA3541, INT, PES, CAB, FIG, COR, MOE, PUL, HEM, COL, TRI, TC, PB_MS, EE_MS, CZ_MS. Finalmente, foram indicados possíveis genes candidatos posicionais e funcionais, tais como, IGF1, MYBPC1, MTPN, SOX-5, FGFR1OP2 e TTLL12 que poderão ser empregados na análise de expressão gênica. / Actually, Brazil is considered the world\'s first- and third-biggest exporter and producer of poultry meat, respectively. These performances are mainly consequence of animal breeding based on the estimation of breeding value combining phenotypes and pedigree information. However, usually the selection is not carried out for each trait separately due to genetic correlation between them. This correlation is caused by pleiotropy or linkage. We aimed to detect associations between phenotypic traits of interest to poultry industry and SNPs on a region of chromosome 1 (168 - 208 cM and 57 - 71 Mbp), where putative linked-QTL were previously mapped. A chicken 60k SNP BeadChip was used to genotype 14 animals from Parental generation (TT males and CC females) and 28 F1 of the TCTC population that was developed by Embrapa Swine and Poultry. The TT line showed greater genotypic variability than CC, however, F1 were higher than Parental generation based on the number of heterozygotes and MAF. The polymorphism more frequent in both generations was the transitions with 84.3%. The 144 most informative SNPs were selected based on heterozygosity of the five F1 couples which generated the 453 F2. There was a reduction of heterozygotes and MAF in F2, based on the F1 mean value, as consequence of some degree of relationship and inbreeding between animals that formed this generation. Haplotype blocks demonstrated that the TT males showed 25 blocks, CC female (17) F1 (32) and F2 (23) with an average size of 278, 467, 242 and 160 kbp, respectively. It was observed that 236 (42.7%) phenotypic correlations were significant. Out of these, the highest number was found between PB_MS and other 17 traits and the highest estimated value was between PB_MS and EE_MS (-0.90). Out of 3,456 expected association tests, 609 (17.6 %) were considered significant (p < 0.05), being 424 (69.6%) with additive effect and 185 with dominance effect (30.4%). PV41 presented the highest number of associations (123), while DOR was not associated to any SNP. Proportionally, the highest number of SNPs was associated close to the pleiotropic QTL 2 with 17 traits. On the other hand, the highest significance levels (p < 9.59 x 10-8) for the additive effect were evidenced for SNPs located close to the pleiotropic QTL 1 and associated only with PV41 (Gga_rs13869715 (A < C), Gga_rs13870613 (T < C), Gga_rs14827719 (A < G), GGaluGA019336 (T < C) and GGaluGA019533 (A < C)). Novel associations were detected for GP3541, CA3541, INT, PES, CAB, FIG, COR, MOE, PUL, HEM, COL, TRI, TC, PB_MS, EE_MS, CZ_MS when we compared our results with literature. Finally, putative positional and functional candidate genes were indicated such as IGF1, MYBPC1, MTPN, SOX-5, FGFR1OP2 and TTLL12, which may be used in gene expression analysis.

A endometriose é uma doença ginecológica benigna comum, mas agressiva, caracterizada pela presença de tecido endometrial ectópico. A teoria mais aceita para explicá-la é a teoria de Sampson, na qual o tecido endometrial descamado durante a menstruação sofre refluxo através das tubas uterinas, adere e se prolifera em sítios ectópicos da cavidade peritoneal. Por outro lado, apenas o refluxo tubário não é capaz de estabelecer a doença e vários estudos sugerem uma etiologia multidimensional incluindo fatores hereditários, hormonais e imunológicos. Várias metodologias têm sido propostas com o objetivo de identificar genes candidatos para a endometriose. A hibridação genômica comparativa (CGH) é uma técnica que permite que o genoma inteiro seja analisado em um só experimento, sem a necessidade de cromossomos metafásicos obtidos por cultura celular. Nossa proposta foi avaliar, por CGH, amostras de endometriomas ovarianos e de tecido endometrial eutópico de dez pacientes com diagnóstico firmado de endometriose, para screening do genoma. No grupo eutópico, 6/10 amostras apresentaram alterações caracterizadas por perdas ou ganhos de regiões cromossômicas e no grupo ectópico foram encontradas alterações em 7/10 casos. A presença de perdas e ganhos de regiões cromossômicas no endométrio eutópico, histologicamente normal, de mulheres com endometriose ovariana, pode ser considerada como alteração primária ao desenvolvimento da doença. A metodologia de CGH permitiu a detecção das regiões cromossômicas 11q12.3-q13.1, 17p11.1-p12 e 17q25.3-qter como regiões críticas, direcionando investigações futuras para identificação de genes associados à endometriose. / Endometriosis is a common benign gynecological disease, very aggressive, characterized by the presence of ectopic endometrial tissue. The most accepted theory to explain it is Sampson\'s implantation theory, which says that the endometrial tissue exfoliated during menstruation undergoes reflux through the uterine tubes, adheres and proliferates in ectopic sites of the peritoneal cavity. On the other hand, only reflux is not enough to the establishment of the disease and a number of studies suggest a multidimensional etiology including hereditary, hormonal and immunological factors. Several methodologies have been proposed for the identification of candidate genes for endometriosis. The comparative genomic hybridization (CGH) is a versatile technique that allows the entire genome to be analyzed in only one experiment without the necessity of metaphasic chromosomes from the sample, excluding the cell culture. We aimed to evaluate, by CGH, ovarian endometriomas and eutopic endometrial tissue samples from 10 patients with confirmed diagnosis of endometriosis, for a genomic screening. In the eutopic group, 6/10 samples presented genomic imbalances and 7/10 cases showed alterations in the ectopic group. The presence of losses and gains of chromosomic regions in the histologically normal eutopic endometrium from women with ovarian endometriosis can be considered as a primary alteration in the development of the disease. The CGH methodology allowed the detection of chromosomic regions 11q12.3-q13.1, 17p11.1-p12 and 17q25.3-qter as critical regions, leading to future investigations for the identification of genes associated to endometriosis.

Epigenética é o ramo da biologia que estuda as características herdáveis não associadas a alterações na seqüência de nucleotídeos do DNA. Um dos principais processos epigenético estudados é a metilação do DNA, a qual está associada a diversos mecanismos de regulação gênica, entre eles o imprinting (marcação) genômico. Esse tipo de regulação caracteriza-se pela expressão parental específica dos loci associados e à metilação diferencial em regiões regulatórias conhecidas como centros de imprinting (ICs). Alterações desse mecanismo estão relacionadas com síndromes de hipo e hipercrescimento em humanos e animais domésticos, desenvolvimento de tumores, doenças associadas com alterações de comportamento e já foram detectadas em indivíduos concebidos por técnicas de reprodução assistida e em células-tronco embrionárias derivadas de diferentes espécies. Essas duas últimas evidenciam que genes marcados são particularmente lábeis ao estresse induzido por manipulação celular in vitro. As possíveis causas dessas epimutações não estão completamente esclarecidas. Os bovinos parecem ser um melhor modelo comparativo no estudo dessas alterações, evitando a utilização de embriões humanos. No entanto, existem poucas seqüências descritas de genes marcados nessa espécie. No presente estudo, duas regiões diferencialmente metiladas (H19DMR e KvDMR1) foram caracterizadas em bovinos em termos de elementos conservados (EC), enriquecimento de elementos repetitivos (ERs) e padrões de metilação. A análise de ECs e ERs foi realizada utilizandose os programas VISTA e RepeatMasker, respectivamente. Os padrões de metilação para ambas as DMRs foram analisados utilizando-se o ensaio de COBRA (do inglês COmbined Bisulfite Restriction Analysis) em DNA de sangue periférico e espermatozóides em amostras de animais concebidos in vivo. Também foi pesquisada a possível ocorrência de perda de imprinting em uma amostra de quatro animais clonados. A análise dos resultados indicou que os padrões de imprinting observados nas DMRs bovinas estudadas são semelhantes aos descritos para regiões homólogas em outras espécies de mamíferos. As características genômicas mostraram uma maior similaridade nas regiões analisadas entre bovinos e humanos do que entre humanos e camundongos. Não foram encontradas diferenças entre o padrão de imprinting de animais gerados naturalmente ou por transferência nuclear. Os resultados desse trabalho poderão auxiliar em futuras pesquisas de genes marcados em bovinos, além de contribuir para o melhoramento na utilização dessa espécie como modelo de comparação para desenvolvimento humano. / Epigenetics is the branch of biology which studies heritable changes in genome function that occur without a change in nucleotide sequence within the DNA. One of the most studied epigenetic process is the DNA methylation, which is associated with several gene regulation mechanisms such as genomic imprinting. This type of regulation is characterized by parental specific gene expression and differential methylation of the associated loci in regulatory sequences named imprinting centers (ICs). Alterations of this mechanism has been related to hypo and hypergrowth syndromes in humans and domestic animals, tumor development, behavior disorders, and it has also been associated with epimutations in individuals conceived by assisted reproduction (AR) techniques and stem cells derived from different species. These last two evidences are indicatives of the imprinted genes lability to in vitro cell manipulation. The possible causes of these epimutations are not completely clear. Cattle seem to be a better comparative model in the study of this epigenetic alterations, and it can avoid the use of human embryos. However, there is few description of imprinted gene sequences this species. In the present work, two differently methylated regions (H19DMR and KvDMR1) were characterized in terms of conserved elements (CEs), enrichment of repetitive elements (RE) and methylation patterns. The CEs and REs analysis was carried out using the VISTA and RepeatMasker softwares, respectively. The methylation patterns for both DMRs were analyzed by COBRA (COmbined Bisulfite Restriction Analysis) assay in DNA from peripherical blood and sperm samples of in vivo conceived animals. It also was investigated the loss of imprinting in samples of four cloned animals. The results indicated that the imprinting patterns of the studied bovine DMRs are similar to the other homologue regions in mammals. The genomic features demonstrated a bigger similarity of the analyzed regions between cattle and humans than between humans and mice. Differences between the imprinting patterns of in vivo conceived versus cloned animals were not found. The results of this work can help future studies of imprinted genes in cattle, and, in addition, can contribute for the improvements of this animal model as a comparative to the human development.

O imprinting genômico, processo regulado epigeneticamente segundo o qual os genes se expressam de acordo com sua origem parental, está envolvido no crescimento e desenvolvimento placentário. Na região 11p15.5 encontram-se vários genes regulados por duas regiões controladoras de imprinting (ICR1 e ICR2), onde se encontram as regiões diferencialmente metiladas H19DMR e KvDMR1. Acredita-se que o padrão de imprinting seja dinamicamente regulado durante o desenvolvimento da placenta. Em humanos, há poucas informações sobre imprinting genômico e desenvolvimento placentário, principalmente para estágios precoces do desenvolvimento devido às dificuldades técnicas de obtenção dessas placentas. A descrição de mosaicismo do padrão de metilação restrito a placenta ou entre a placenta e o feto evidencia um perfil epigenético único deste órgão. A 5-hidroximetilação, a qual não tem um papel de silenciamento gênico, pode ser confundida com a metilação do DNA nas análises moleculares. O objetivo principal do presente estudo foi o de verificar a influência da idade gestacional (IG) no perfil de metilação do DNA das ICRs 1 e 2 em vilosidade coriônica, bem como a existência de mosaicismo do perfil de metilação intra-placentário. Neste trabalho também foi investigada a presença de hidroximetilação na KvDMR1. Foram coletadas amostras de tecido placentário, sendo 25 de vilosidades coriônicas (VC) (15 de 3° trimestre gestacional e 10 do 1° trimestre) e nove de cordão umbilical (UC) de 1° trimestre (pareadas com a VC). Quatro placentas de 3° trimestre foram analisadas em separado para o estudo de mosaicismo. O perfil de metilação do DNA das regiões foi verificado por PCR Específica para a Metilação (MS-PCR), Análise Combinada de Bissulfito e Restrição Enzimática (COBRA) e Método de Digestão Enzimática Sensível à Metilação Associada à PCR em Tempo Real (DESM-RT), além do ensaio para hidroximetilação na KvDMR1. Com os ensaios qualitativos (MS-PCR e COBRA) foi observado um perfil de metilação monoalélico, sendo que na H19DMR foi identificada a presença de CpGs diferentemente metilados. Para a H19DMR foram observadas médias de 0,43 de metilação em VC e 0,31 em UC de 1° trimestre, e de 0,41 em VC de 3° trimestre. Para a KvDMR1, foram encontradas médias de 0,47 em VC e 0,57 em UC de 1° trimestre, e de 0,41 em VC de 3° trimestre. A presença de hidroximetilação na KvDMR1 foi excluída. Não foram observadas diferenças significativas entre as médias das diferentes IGs ou entre tecidos pelos testes t e F para ambas as regiões. Não foi observada correlação positiva no perfil de metilação para H19DMR e KvDMR1 entre os tecidos. Em relação ao mosaicismo, não houve diferenças significativas no perfil de metilação entre os diferentes cotilédones amostrados numa mesma placenta. Os resultados demonstram uma discordância entre tecido embrionário (UC) e extraembrionário (VC). Apesar de não serem observadas alterações significantes nos perfis de metilação da H19DMR e KvDMR1 em diferentes IGs, as informações apresentadas são importantes para as pesquisas sobre a dinâmica do fenômeno de imprinting genômico ao longo da gestação, para os estudos de mosaicismo intraplacentário bem como o perfil epigenético da placenta em relação a outros tecidos. / Genomic imprinting, an epigenetically regulated process by which genes are expressed accordingly to their parental origin, is involved in placental growth and development. In 11p15.5 region, there are many genes regulated by two Imprinting Control Regions (ICR1 and ICR2), in which are found two Differentially Methylated Regions, H19DMR and KvDMR1, respectively. Imprinting patterns seem to be adjusted during placenta development. In humans, there is little information on genomic imprinting and placental development, especially for early stages of development due to technical difficulties in obtaining these placentas. The description of mosaicism in methylation pattern restricted to placenta or between placenta and fetus shows a unique epigenetic profile of this organ. The 5-hidroxymethylation, which has no role in gene silencing, can be confused with DNA methylation in molecular analysis. The main aim of our study was to verify the influence of gestational age (GA) in DNA methylation profile of ICRs 1 and 2 in chorionic villi, as well as the existence of intra-placental methylation profile mosaicism. The presence of hydroximethylation in the KvDMR1 was also investigated. Samples were collected from placentas, 25 from chorionic villi (CV) (15 of the 3rd gestational trimester and 10 of the 1st trimester) and nine from umbilical cord (UC) in 1st trimester (paired with the CV samples). Four 3rd trimester placentas were separately analyzed for mosaicism. DNA methylation profile was verified by Methylation Specific PCR (MS-PCR), and Combined Bisulfite Restriction Analysis (COBRA) and Methylation-Sensitive Enzyme Digestion Method associated with Real-Time PCR (DESM-RT), in addition to hydroximethylation test in the KvDMR1 region. With qualitative assays (MS-PCR and COBRA), it was observed a monoallelic methylation pattern, and, only for the H19DMR, differently methylated CpGs were observed. For the H19DMR, we observed methylation means of 0.43 in CV and 0.31 in UC of 1st trimester, and 0.41 in CV of 3rd trimester. For KvDMR1, we observed means of 0.47 in CV and 0.57 in UC of 1st trimester, and 0.41 in CV of 3rd trimester. No hydroximethylation in the KvDMR1 was observed. There were no significant differences between the means of different GAs or between tissues by F and t tests for both regions. No positive correlation was found on methylation profile for H19DMR and KvDMR1 between tissues. In relation to mosaicism, there were no significant differences in methylation profile between different cotyledons sampled in the same placenta. The results showed a discrepancy between embryonic (UC) and extra-embryonic (CV) tissues. Although it was not observed significant changes in methylation profiles of H19DMR and KvDMR1 in different GAs, the presented results are important to research on dynamics of genomic imprinting phenomenon during pregnancy, studies of intra-placental mosaicism and placenta epigenetic profile in relation to other tissues.

O alcance de altas produtividades em milho (Zea mays L.) depende do desenvolvimento de híbridos, o principal produto explorado nos programas de melhoramento. O sucesso na obtenção deste tipo de cultivar é conseguido com extensivo cruzamento de linhagens, seguido de avaliações para identificação das combinações de maior potencial. Geralmente, o melhorista tem à sua disponibilidade grande número de linhagens, possibilitando a realização de centenas a milhares de cruzamentos distintos, dos quais apenas uma pequena quantidade pode ser avaliada experimentalmente devido a limitação de tempo e recursos. Com o advento da Seleção Genômica (GS) tornou-se possível predizer o comportamento destes indivíduos não avaliados com base em seu genoma. No decorrer do processo de consolidação da GS várias metodologias foram propostas. A aptidão destas em predizer desempenhos fenotípicos é dependente da sua capacidade de acomodar a arquitetura genética das características e lidar com a multicolinearidade das matrizes genômicas. Neste sentido, métodos baseados em modelos mistos podem apresentar menor eficiência na predição de características oligogênicas devido à não capacidade de representar a distribuição real do efeito dos QTL. Além disso, a regularização das predições na presença de multicolinearidade é realizada por meio de um parâmetro de penalização (&lambda;), o qual pode ser estimado de várias formas e consequentemente modificar a acurácia dos modelos. Além do aprimoramento dos métodos, outro aspecto importante é o procedimento de correção dos dados fenotípicos previamente à GS, o qual não é consenso na comunidade científica. Diante do exposto, este trabalho objetivou: verificar o efeito das formas de obtenção do &lambda; (via REML na GS e pela herdabilidade da característica) e da correção do fenótipo (valor genotípico e média ajustada) na GS e avaliar a eficiência da modelagem diferencial de QTL de maior efeito na capacidade preditiva da metodologia G-BLUP, comparando-a ao LASSO Bayesiano, BayesB e G-BLUP convencional. Para isso foram utilizadas informações de híbridos simples de milho tropical avaliados em cinco locais para produtividade de grãos, altura de planta e espiga no ano de 2015. Os dados genômicos foram obtidos com a plataforma Affymetrix&reg; Axiom&reg; Maize Genotyping Array de 616.201 SNPs. Foram estudados diferentes cenários de GS considerando os fatores supracitados, sendo estes comparados entre si por suas capacidades preditivas e seletivas. Os resultados obtidos indicam que a correção do fenótipo e a forma de estimação de &lambda; afetam a capacidade preditiva. O uso de valores genotípicos como correção dos fenótipos e estimação de &lambda; via REML apresentaram os melhores resultados. Foi também observado que a modelagem de SNPs de maior efeito como fator fixo aumenta discretamente a capacidade preditiva da metodologia G-BLUP para as características oligogênicas avaliadas (altura de planta e espiga), sendo indicado o uso do G-BLUP convencional. Complementarmente, observou-se que a GS apresentou modesta eficiência na seleção de híbridos superiores sob intensidades moderadas. Entretanto, a sua alta capacidade de selecionar sob baixa intensidade pode ser amplamente explorada nos programas de melhoramento de milho visando a seleção precoce direta. / The achievement of high yield in maize (Zea mays L.) relies on the development of hybrids, which is the main product of breeding programs. The success in obtaining this kind of cultivar is achieved through extensive crossing of inbred lines followed by field trials to identify the combinations with greatest potential. Generally, breeders have a large number of inbred lines on their hands, being able to perform hundreds to thousands of different crosses, of which only a small portion can be experimentally evaluated due to time and resource limitations. Genomic Selection (GS) has made it possible to predict phenotypes of unevaluated individuals based on their genome. Throughout the establishment process of GS many approaches have been proposed. The ability of these approaches at predicting phenotypic performance depends on their capacity of accommodating the genetic architecture of the traits and dealing with the multicollinearity of the genomic matrices. Hence, methods based on mixed model equations may present lower prediction efficiency for oligogenic traits due to their inability of depicting the real distribution of the QTL effects. Moreover, the prediction regularization in the presence of multicollinearity is done by a shrinkage factor (&lambda;), which can be estimated in a number of ways and may affect the accuracy of the models. In addition to the improvement of the models, the correction of the phenotype utilized in the predictions is also important, which is not a consensus among researchers. Based on these facts, this study aimed to assess the effect of estimation of &lambda; (by REML in the GS model and by the heritability of the traits) and the correction of the phenotype (genotypic value and adjusted mean) on the GS. It also targeted to evaluate the effect of differential modeling of major makers on the prediction accuracy of G-BLUP, comparing it to Bayesian LASSO, BayesB and ordinary G-BLUP. To those ends, tropical maize single-crosses evaluated at five sites for grain yield, plant and ear height in 2015 were utilized. The genomic data was obtained with the Affymetrix&reg; Axiom&reg; Maize Genotyping Array of 616,201 SNPs. Distinct GS scenarios were studied considering the aforementioned factors which were compared by their prediction and selection accuracy. The results suggest that the correction of the phenotype and the way of estimation of &lambda; do affect prediction accuracies. The use of genotypic values as the correction of phenotypes and the estimation of &lambda; by REML showed best results. It was also observed that modeling major SNPs as fixed effect factors had little improvement on the prediction accuracy of G-BLUP for the oligogenic traits evaluated (plant and ear height). Thereby, ordinary G-BLUP should be the method of choice to predict these traits. Additionally, it was observed that GS presented modest efficiency for selecting superior hybrids under moderate intensities. However, its high effectiveness at selecting under low intensities might be exploited on maize breeding programs for early direct selection.

Convergence of quantitative genetics and genomics is becoming the way that fundamental genetics and applied breeding will be carried out in the next decades. This study bridges the quantitative genetics of complex growth and wood properties traits with genomic technologies towards a more innovative approach to tree breeding. Planted forests play a major role to fulfill the growing world demand for wood products and energy. Eucalypts stand out for their high productivity and versatile wood resulting from the advanced breeding programs associated to clonal propagation and modern silviculture. Despite their fast growth, breeding cycles still take several years and wood properties assessment is limited to a sample of trees in the late stages of selection due to the costs involved in wood phenotyping, not exploitingthe range of genetic variation in wood properties. In this study, we examined fifteen traits including growth and wood chemical and physical properties in 1,000 individuals sampled from an elite Eucalyptus breeding population. Near-infrared spectroscopy (NIRS) models were developed and used for high-throughput phenotyping of wood traits.Highdensity data for 29,090 SNPs was used to obtain accurate pedigree-record-free estimates of trait variance components, heritabilities, genetic and phenotypic correlations, based on a realized relationship matrix, comparing them to pedigree-based estimates. To the best of our knowledge, this is the first study to do this in plants. NIRS predictions were accurate for wood chemical traits and wood density, and variably successful for physical traits. Heritabilities were medium for growth (0.34 to 0.44), high for wood chemical traits (0.56 to 0.85) and variable for wood physical traits (0.11 to 0.63). High positive correlations among growth traits and negative between cellulose and lignin content were observed, while correlations between wood chemical and physical traits and between growth and wood quality traits were low although significant. Phenotypes and SNP markers were then used to build genomic predictive models using a marker density higher than any previous genomic selection study in trees (1 SNP/21 kbp). Two models (RR-BLUP and Bayesian LASSO) that differ regarding the assumed distribution of marker effects were used for genomic predictions. Predictions were compared to those obtained by phenotypic BLUP. Predictive abilities very similar by the two models and strongly correlated to the heritabilities. Accurate genomic-enabled predictions were obtained for wood chemical traits related to lignin, wood density and growth, although generally 15 to 25% lower than those achieved by phenotypic BLUP prediction. Nevertheless, genomic predictions yielded a coincidence above 70% in selecting the top 30 trees ranked by phenotypic selection for growth, wood density and S:G ratio, and 60% when tandem selection was applied. The results of this study open opportunities for an increased use of highthroughput NIRS phenotyping and genome-wide SNP genotyping in Eucalyptus breeding, allowing accurate pedigree-record-free estimation of genetic parameters and prediction of genomic breeding values for yet to be phenotyped trees. These applications should become routine in tree breeding programs for the years to come, significantly reducing the length of breeding cycles while optimizing resource allocation and sustainability of the breeding endeavor. / A convergência da genética quantitativa com a genômica está se tornando a maneira pela qual a genética fundamental e aplicada serão conduzidas nas próximas décadas. Este estudo buscou conectar a genética de fenótipos complexos de crescimento e propriedades de madeira às tecnologias genômicas, em uma abordagem inovadora para o melhoramento florestal. Florestas plantadas têm papel fundamental para satisfazer a crescente demanda mundial por produtos madeireiros e energia. O eucalipto,com sua alta produtividade e madeira versátil, é resultado de programas avançados de melhoramento associados à propagação clonal e silvicultura moderna. Apesar de seu rápido crescimento, ciclos de melhoramento ainda levam muitos anos e a avaliação detalhada de propriedades da madeira é limitada a apenas uma amostra das árvores em estágios avançados de seleção, devido aos altos custos de fenotipagem, não explorando assim toda a variação genética disponível. Neste estudo, examinamos quinze caracteres, incluindo crescimento e propriedades químicas e físicas da madeira, em 1000 indivíduos amostrados de uma população elite de melhoramento. Modelos de espectroscopia de infravermelho próximo (NIRS) foram desenvolvidos e utilizados para fenotipagem de alto desempenho de propriedades de madeira. Genotipagem de alta densidade com 29.090 SNPs foi utilizada para obter estimativas acuradas de componentes de variância, herdabilidades e correlações genéticas baseadas em uma matriz de parentesco realizado, ou seja,sem o uso de pedigree. Este é o primeiro estudo de que temos conhecimento a fazer isso em plantas. Predições NIRS foram precisas para caracteres químicos da madeira e densidade, e apresentaram sucesso variável para caracteres físicos. As herdabilidades foram médias para crescimento (0,34 a 0,44), altas para caracteres químicos de madeira (0,56 a 0,85) e variáveis para caracteres físicos da madeira (0,11 a 0,63). Altas correlações positivas entre caracteres de crescimento e negativas entre celulose e lignina foram observadas, enquanto correlações entre caracteres químicos e físicos da madeira foram baixas, porém significativas. Fenótipos e marcadores SNP foram em seguida utilizados na construção de modelos preditivos com a maior densidade de marcadores já utilizada em estudos de seleção genômica em espécies florestais (1 SNP/21 kpb). Dois modelos de predição (RR-BLUP e LASSO Bayesiano)foram usados nas predições genômicas e comparados ao BLUP fenotípico. Os modelos apresentaram capacidades preditivas similares, fortemente correlacionadas às herdabilidades. Predições genômicas precisas foram obtidas para caracteres relacionados à lignina, densidade e crescimento, embora geralmente 15 a 25% menores do que as predições obtidas por BLUP fenotípico. Contudo, predições genômicas alcançaram coincidências acima de 70% na seleção das melhores 30 árvores ranqueadas pela seleção fenotípica para crescimento, densidade e relação S:G, e de 60% quando seleção em tandem foi aplicada. Os resultados deste estudo abrem enormes oportunidades para o uso combinado de fenotipagem NIRS e genotipagem com SNPs no melhoramento do eucalipto, permitindo estimativas acuradas de parâmetros genéticos e a predição de valores genéticos genômicos para plantas jovens ainda não fenotipadas. Estas aplicações deverão se tornar rotineiras nos programas de melhoramento florestal nos próximos anos, reduzindo significativamente a duração dos ciclos de seleção e, consequentemente, otimizando a alocação de recursos e a sustentabilidade do melhoramento.

Orientadores: Luciana Bolsoni Lourenço, Carmen Silvia Busin / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-23T12:08:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gatto_KalebPretto_M.pdf: 33988822 bytes, checksum: 7e3f3565dac9a540ea7c353f51068d4f (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O resumo poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: The abstract is available with the full electronic document / Mestrado / Biologia Celular / Mestre em Biologia Celular e Estrutural