Orientadores: Anete Pereira de Souza, Antonio Augusto Franco Garcia / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-03T19:35:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Laborda_PriandaRios_M.pdf: 878147 bytes, checksum: c6dcd59b6a55029fe00be814b32b0723 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Conhecer a variabilidade genética de plantas de interesse econômico permite manipular recursos naturais de forma eficiente, visando o melhoramento vegetal. A milho é uma das mais importantes plantas cultivadas e a diversidade que o germoplasma tropical apresenta ainda não está bem estabelecida. Atualmente, os marcadores moleculares são a principal maneira de analisar essa diversidade, e muitas possibilidades estatísticas foram desenvolvidas para organizar informações de dados moleculares. Este trabalho usou os marcadores AFLP e SSR para avaliar a diversidade genética em linhagens de milho tropical pertencentes ao Banco de Germoplasma do Instituto Agronômico de Campinas (IAC), e revelou grande nível de variabilidade. Os três tipos de coeficiente usados (Jaccard, MRD e coeficiente de parentesco molecular) exibiram baixos valores de similaridade entre as linhagens e, dependendo do marcador usado, diferentes agrupamentos foram obtidos. Entretanto, altas correlações entre as matrizes geradas por Jaccard e pelo coeficiente de parentesco molecular com AFLP, SSR e AFLP/SSR foram observadas. As correlações entre AFLP e SSR foram baixas, independentemente do coeficiente de similaridade aplicado. Devido à habilidade dos SSRs em revelar vários aspectos da variação genômica, essa técnica foi considerada mais apropriada para análises de diversidade. Notou-se que a grande diversidade existente no material tropical levou a resultados distintos se marcadores diferentes foram usados, e que o uso simultâneo de AFLPs e SSRs pode não ser a maneira mais eficiente de avaliar a variabilidade em materiais altamente divergentes / Abstract: Knowledge about genetic variability of agronomically important crops allows efficient manipulation of resources in order to achieve plant improvement. Maize is one of the most important crops, but the extent of its diversity in the tropical germplasm has still not been well established. Nowadays, molecular markers are the principal way of analyzing genetic diversity and many statistical possibilities have been developed to compile data from molecular assays. This work used AFLP and SSR markers to access genetic diversity in tropical maize inbred lines from the Maize Genebank of the Agronomic Institute of Campinas (IAC), and revealed a great level of variability, with high rates of polymorphism. All three types of coefficients applied (Jaccard, MRD and molecular coefficient of coancestry) exhibited very low genetic similarities among the inbreds, and depending on the marker used, different clusters were obtained. Nevertheless, high correlations between matrices generated by Jaccard and by the molecular coefficient of coancestry with AFLP, SSR and AFLP/SSR were seen. AFLP and SSR were poorly correlated with both similarity coefficients. Because of SSR's ability of uncovering many aspects of genomic variation, it was considered more appropriate for diversity analysis. It was observed that the great amount of diversity found in tropical maize led to distinct results with different markers, and that using both AFLP and SSR together may not be the most efficient manner of accessing variability in highly diverse materials / Mestrado / Genetica Vegetal e Melhoramento / Mestre em Genética e Biologia Molecular

Made available in DSpace on 2016-06-07T17:12:18Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-07-07. Added 1 bitstream(s) on 2016-06-07T17:16:55Z : No. of bitstreams: 1 000863864_20160807.pdf: 296663 bytes, checksum: f6c5464b2330e2afaba569827f6906a0 (MD5) Bitstreams deleted on 2016-08-08T11:56:01Z: 000863864_20160807.pdf,. Added 1 bitstream(s) on 2016-08-08T11:56:34Z : No. of bitstreams: 1 000863864.pdf: 2766913 bytes, checksum: 44454b35efef4dafd66781371dc31685 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A história evolutiva das angiospermas é marcada por rápida e ampla diversificação, cujo background deve-se à ação de numerosos fatores; dentre esses, os elementos de transposição (TEs) têm sido considerados como um dos agentes mais importantes. TEs podem compor grandes porções do genoma de plantas e, dessa forma, desempenhar um papel importante na promoção da diversidade genética. O objetivo deste estudo foi investigar a dinâmica evolutiva de TEs ativos em espécies do gênero Coffea. Uma ampla análise da distribuição e evolução de um retrotransposon com LTR (LTR-RT), o elemento Copia25, foi realizada em genomas de plantas. Copia25 é amplamente distribuído na família Rubiaceae, e, está presente em espécies distantemente relacionadas pertencentes às subclasses Asteridae e Rosidae, e à classe das monocotiledôneas. Em particular, foi observada uma incongruência envolvendo sequências Copia25 de espécies do gênero Musa, uma monocotiledônea, e do gênero Ixora, uma dicotiledônea (Rubiaceae), que seria devido a um evento de transferência horizontal (HT) entre essas espécies ou entre suas linhagens ancestrais. Copia25 apresenta dinâmica evolutiva complexa em angiospermas, cuja história incluiria conservação de sequências, perdas estocásticas e HT. Dez LTR-RTs foram anotados no genoma de C. canephora e tiveram seus perfis insercionais obtidos, usando os métodos de IRAP e REMAP, em genótipos das espécies progenitoras, C. canephora e C. eugenioides, e do alotetraploide, C. arabica. Perdas de inserções teriam ocorrido no alotetraploide, sendo essas mais significativas em cinco das dez famílias investigadas, e observou-se, ainda, a ocorrência de alterações direcionais nos subgenomas, sendo mais frequentes as ocorridas no subgenoma maternal, C. eugenioides. O presente trabalho contribui para o entendimento da evolução dos LTR-RTs nos genomas, da colonização de novos genomas por esses elementos,... / The evolutionary history of the angiosperms is characterized by its rapid and broad diversification, whose background is due to the action of numerous factors; among them, the transposable elements (TEs) have been considered as one of the most important agents. TEs might compose large portions of the plant genomes, and play an important role in promoting genetic diversity. The aim of this study was to investigate the evolutionary dynamics of active TEs in the Coffea species. In the first chapter, are presented the results of an extensive analysis of the distribution and evolution in plant genomes of a retrotransposon with LTR (LTR-RT), the Copia25. Copia25 is widely distributed in the Rubiaceae family, and is present in distantly related species belonging to the Rosidae and Asteridae subclasses, and the class of monocotyledons. In particular, it was observed an incongruity involving Copia25 sequences of Musa species, a monocot, and Ixora species, a dicot (Rubiaceae), which could be due to horizontal transfer (HT) between these species or their ancestral lineages. Copia25 has a complex evolutionary dynamics in angiosperms, whose history could include conservation sequences, stochastic loss and HT. Ten LTR-RTs were annotated in C. canephora genome and had their insertional profiles obtained, using IRAP and REMAP methods, in genotypes of the parental species, C. canephora and C. eugenioides, and the allotetraploid, C. arabica. Losses of insertions could have occurred in the allotetraploid, these being more significant in five out of ten families studied, and also was observed the occurrence of directional changes in progenitors subgenomes, being more frequent those occurred in maternal subgenome, C. eugenioides. This study contributes to the understanding of the evolution of LTR-RTs within genomes, the colonization of new genomes for these elements as well as its evolutionary dynamics in a newly originated genome / FAPESP: 2011/18226-0 / CAPES: 9127-11-9

Orientador: Claudia Marcia Aparecida Carareto / Orientador: Alexandre de Kochko / Coorientador: Romain Guyot / Banca: Maura Helena Manfrin / Banca: Diana Fernandez / Banca: Gustavo Kuhn / Banca Maria Pilar Garcia Guerreiro / Resumo: A história evolutiva das angiospermas é marcada por rápida e ampla diversificação, cujo background deve-se à ação de numerosos fatores; dentre esses, os elementos de transposição (TEs) têm sido considerados como um dos agentes mais importantes. TEs podem compor grandes porções do genoma de plantas e, dessa forma, desempenhar um papel importante na promoção da diversidade genética. O objetivo deste estudo foi investigar a dinâmica evolutiva de TEs ativos em espécies do gênero Coffea. Uma ampla análise da distribuição e evolução de um retrotransposon com LTR (LTR-RT), o elemento Copia25, foi realizada em genomas de plantas. Copia25 é amplamente distribuído na família Rubiaceae, e, está presente em espécies distantemente relacionadas pertencentes às subclasses Asteridae e Rosidae, e à classe das monocotiledôneas. Em particular, foi observada uma incongruência envolvendo sequências Copia25 de espécies do gênero Musa, uma monocotiledônea, e do gênero Ixora, uma dicotiledônea (Rubiaceae), que seria devido a um evento de transferência horizontal (HT) entre essas espécies ou entre suas linhagens ancestrais. Copia25 apresenta dinâmica evolutiva complexa em angiospermas, cuja história incluiria conservação de sequências, perdas estocásticas e HT. Dez LTR-RTs foram anotados no genoma de C. canephora e tiveram seus perfis insercionais obtidos, usando os métodos de IRAP e REMAP, em genótipos das espécies progenitoras, C. canephora e C. eugenioides, e do alotetraploide, C. arabica. Perdas de inserções teriam ocorrido no alotetraploide, sendo essas mais significativas em cinco das dez famílias investigadas, e observou-se, ainda, a ocorrência de alterações direcionais nos subgenomas, sendo mais frequentes as ocorridas no subgenoma maternal, C. eugenioides. O presente trabalho contribui para o entendimento da evolução dos LTR-RTs nos genomas, da colonização de novos genomas por esses elementos,... / Abstract: The evolutionary history of the angiosperms is characterized by its rapid and broad diversification, whose background is due to the action of numerous factors; among them, the transposable elements (TEs) have been considered as one of the most important agents. TEs might compose large portions of the plant genomes, and play an important role in promoting genetic diversity. The aim of this study was to investigate the evolutionary dynamics of active TEs in the Coffea species. In the first chapter, are presented the results of an extensive analysis of the distribution and evolution in plant genomes of a retrotransposon with LTR (LTR-RT), the Copia25. Copia25 is widely distributed in the Rubiaceae family, and is present in distantly related species belonging to the Rosidae and Asteridae subclasses, and the class of monocotyledons. In particular, it was observed an incongruity involving Copia25 sequences of Musa species, a monocot, and Ixora species, a dicot (Rubiaceae), which could be due to horizontal transfer (HT) between these species or their ancestral lineages. Copia25 has a complex evolutionary dynamics in angiosperms, whose history could include conservation sequences, stochastic loss and HT. Ten LTR-RTs were annotated in C. canephora genome and had their insertional profiles obtained, using IRAP and REMAP methods, in genotypes of the parental species, C. canephora and C. eugenioides, and the allotetraploid, C. arabica. Losses of insertions could have occurred in the allotetraploid, these being more significant in five out of ten families studied, and also was observed the occurrence of directional changes in progenitors subgenomes, being more frequent those occurred in maternal subgenome, C. eugenioides. This study contributes to the understanding of the evolution of LTR-RTs within genomes, the colonization of new genomes for these elements as well as its evolutionary dynamics in a newly originated genome / Doutor

Orientadores: Michel Georges Albert Vincentz, Renato Vicentini dos Santos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-23T15:28:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DelBem_LuizEduardoVieira_D.pdf: 43647659 bytes, checksum: cc24ef3c44baab981cbc66519b37ce4b (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O sequenciamento de um número crescente de genomas completos tem transformado a biologia. Mais especificamente, no campo da biologia evolutiva, tem se tornado possível endereçar perguntas centrais sobre o funcionamento ultimato dos mecanismos de transformação genética, com potencial impacto em todos os campos da biologia, assim como na filosofia. Esta tese está dividida em dois aspectos importantes da evolução de genomas: o processo de duplicação e fixação de genes duplicados, que é a base do surgimento de famílias multigênicas, e a evolução de redes de regulação, que determinam as relações de causalidade nos processos celulares. Os dois aspectos se relacionam à evolução da complexidade, tanto no que tange o conteúdo gênico dos seres vivos quanto nas interações mecanistica entre os genes via seus produtos (RNAs e proteínas basicamente). No primeiro aspecto abordamos a evolução de dois mecanismos biológicos que depende da ação integrada entre proteínas de famílias distintas: o mecanismo de síntese e degradação do polissacarídeo de parede celular xiloglucano, e o ciclo das chaperonas calreticulina/calnexina envolvidas no controle de qualidade de proteínas sintetizadas no retículo endoplasmático. Nossos trabalhos mostraram que uma forma primordial de xiloglucano, mais simples, surgiu antes da conquista do meio terrestre pela linhagem das plantas, ao contrário do que se imaginava, e que o ciclo calreticulina/calnexina é produto da subfuncionalização em eucariotos basais de uma chaperona ancestral, além do surgimento de funções específicas na família da calreticulina em plantas terrestres. O interesse em evolução de famílias multigênicas nos levou a desenvolver um método (Phylexpress) para análise de ortologia em larga escala, bem como permitir a integração de dados de expressão na tentativa de entender a dinâmica evolutiva da expressão gênica em famílias multigênicas. Utilizamos nosso método para revisitar o conteúdo gênico dos ESTs públicos de cana-de-açúcar, como prova de conceito, numa análise comparativa com o proteoma predito de sorgo. Nossos resultados mostram uma cobertura em termos de ortólogos para apenas ~58% do proteoma predito de sorgo em contrates com estimativas anteriores, com métodos mais simples, que chegaram a 90% do proteoma hipotético de cana. Para abordar a dinâmica evolutiva de redes de regulação, realizamos medições, em escala genômica, das alterações nos níveis de mRNAs de plântulas de sorgo e arroz em resposta a tratamentos de curta duração (2hrs) com sinais exógenos de ABA (hormônio vegetal) e dos açúcares glicose e sacarose. Utilizamos dados públicos e experimentalmente comparáveis de Arabidopsis thaliana em resposta aos mesmos sinais para realizar comparações que revelassem respostas conservadas ou divergentes entre ortólogos. Além disso, buscamos entender a dinâmica evolutiva das respostas transcricionais num contexto de duplicação gênica em famílias multigênicas, onde há diversos genes potencialmente redundantes do ponto de vista bioquímico/estrutural. Nossa abordagem sugere que redes de regulação gênica em eucariotos complexos evoluem majoritariamente de forma neutra, pois parecem apresentar uma taxa de divergência constante, que independe da rede (disparada por cada um dos diferentes sinais) e das espécies envolvidas. Nossos dados são complementares e potencialmente confirmadores de modelos recentes de evolução não-adaptativa em redes de regulação gênica. Concluímos que a evolução da complexidade em sistemas biológicos está parcialmente ligada à diminuição da eficiência da seleção, causada majoritariamente por números populacionais efetivos restritivos presentes nas linhagens de eucariotos complexos (vertebrados e plantas terrestres) / Abstract: The availability of complete sequences of a growing number of genomes is transforming biology. More specifically, in the field of evolutionary biology, it became possible to address central questions on the ultimate mechanisms underlying genetic changes. It has a broad impact on biology and philosophy as well. This thesis deals with two important aspects of genome evolution: the process of gene duplication and fixation of duplicated genes, which is the basis of the origins of multigenic families, and the evolution of genetic regulatory networks that determines the causality of the cellular processes. Both aspects are related to the evolution of complexity regarding the gene content of living forms and the mechanistic interaction between the gene products (mainly RNAs and proteins). In the first aspect we studied the evolution of two biological mechanisms depending on the integrated function of proteins from distinct families. The mechanism of synthesis and remobilization of xyloglucan, a plant cell wall polysaccharide, and the calreticulin/calnexin cycle of protein folding that takes place in the endoplasmic reticulum. Our work showed that a primordial form of xyloglucan already existed before the land conquest by plants. We propose that the calreticulin/calnexin cycle is the product of subfuncionalization of an ancestral eukaryotic chaperone, and plants evolved specific calreticulin functions due to gene duplication. Our interest in the evolution of multigenic families impelled the development of Phylexpress, a method dedicated to large-scale orthology analyses. It can integrate expression data in the context of multigenic families with the goal of understand the evolutionary dynamics of gene expression. We used Phylexpress to revisit the gene content of the publicly available sugarcane ESTs as a proof of concept. Our results showed that the ESTs sampled orthologs for just ~58% of the predict sorghum proteome, in contrast with previous estimations acconting for 90% of the hypotethical sugarcane proteome. In order to approach the evolutionary dynamics of regulatory networks, we measured global changes in gene expression of sorghum and rice plantlets in response to short-term treatments (2hrs) with exogenous ABA (plant hormone) and the sugars glucose and sucrose. We took public data from comparable experiments using Arabidopsis thaliana in order to unravel conserved and divergent responses across orthologs. Furthermore, we analyzed the evolutionary change in transcriptional responses in a context of gene duplications in multigenic families, leading to a set of potentially redundant genes in terms of biochemical/structural properties. Our approach suggests that gene regulatory networks in complex eukaryotes evolve mainly neutrally, in a constant rate that is independent of the analyzed network (triggered by each one of the signals) and the species. Our data is complementary and potentially confirmatory of recent models of nonadaptive evolution in regulatory networks. We concluded that the evolution of the complexity in biological systems is partially connected to the attenuation of the efficiency, mainly due to low effective population sizes present in the lineages that gave rise to complex eukaryotes (vertebrates and land plants) / Doutorado / Genetica Vegetal e Melhoramento / Doutor em Genetica e Biologia Molecular

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:42:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 7011501 bytes, checksum: 91e769b2bb42693898b81b66b463f1e3 (MD5) Previous issue date: 2012-08-03 / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Receptores cinases (RLKs) compõem uma grande famíla de proteínas transmembrânicas que possuem funções importantes na propagação e percepção de sinais celulares nas plantas. Em Arabidopsis thaliana, a superfamília de RLK é composta de mais de 600 membros e vários destes, principalmente aqueles que possuem repetições ricas em leucina (LRR), são considerados excelentes alvos para manipulação molecular em cultivares superiores no intuito de aumentar a produtividade e a resistência contra estresses bióticos e abióticos. A subfamília LRRII é particularmente relevante neste aspecto uma vez que seus membros apresentam funções duplas tanto no desenvolvimento quanto na resposta de defesa da planta. Apesar da relevância desta superfamília e da recente finalização do sequenciamento do genoma de tomateiro, a superfamília de RLK de tomate ainda não se encontra caracterizada e são poucos os trabalhos que analisaram a função biológica de seus membros. Neste trabalho, foi construído um inventário completo dos membros da superfamília de RLK de tomate. Para identificar os membros da superfamília RLK em tomate, foi realizado uma análise filogenética utilizando a superfamília de RLK de Arabidopsis como modelo. Um total de 647 RLKs foram recuperados do genoma de tomate e estes encontravam- se organizados no mesmo clado das subfamílias de RLKs de Arabidopsis. Apenas oito das 58 subfamílias exibiram expansão/redução específica no número de menbros comparado com Arabidopsis e apenas seis RLKs foram específicos em tomate, indicando que os RLKs de tomate compartilham aspectos funcionais e estruturais com os RLKs de Arabidopsis. Também foi caracterizado a subfamília LRRII através de análises filogenéticos, genômico, expressão gênica e interação com o fator de virulência de begomovírus, o nuclear shuttle protein (NSP). Os membros da subfamília LRRII de tomate e Arabidopsis demonstraram-se altamente conservados tanto em sequência quanto em estrutura. No entanto, a maioria dos pares ortólogos não mostraram conservados em relação à expressão gênica, indicando que estes ortólogos tenham se divergido na função após a especiação do ancestral comum entre o tomate e Arabidopsis. Baseado no fato de que membros de RLKs de Arabidopsis (NIK1, NIK2, NIK3 e NsAK) interagem com o NSP de begomovirus, foi verificado se ortólogos de NIKs, BAK1 e NsAK interagem com o NSP de Tomato Yellow Spot Virus (ToYSV). Os ortólogos dos genes que interagem com o NSP em tomate, SlNIKs e SlNsAK, interagiram especificamente com NSP na levedura e demonstraram um padrão de expressão consistente com o padrão de infecção de geminivírus. Além de sugerir uma analogia funcional entre estes ortólogos, estes resultados confirmam a observação anterior de que as interações NSP-NIK não são específicos para um vírus ou para um hospedeiro. Portanto, a sinalização antiviral mediado por NIK provavelmente ocorre em tomate, sugerindo que NIKs de tomate sejam alvos potenciais para manipular a resistência contra begomovírus que infectam esta planta. / Receptor-like kinases (RLKs) represent a large family of transmembrane proteins that play important roles in cellular signaling perception and propagation in plants. In Arabidopsis thaliana, the RLK superfamily is made-up of over 600 proteins and many of these RLKs, mainly those bearing leucine-rich repeats (LRR), have been considered as excellent targets for engineering superior crops with enhancement of yield and resistance to biotic and abiotic stresses. The LRRII-RLK subfamily is particularly relevant due to the dual function of its members in both development and defense. In spite of the relevance of the RLK family and the completion of the tomato genome sequencing, the tomato RLK family has not been characterized and a framework for functional predictions of the members of the family is lacking. In this investigation we disclosed a complete inventory of the members of the tomato RLK family. To generate a complete list of all members of the tomato RLK superfamily, we performed a phylogenetic analysis using the Arabidopsis RLKs as a template. A total of 647 RLKs were identified in the tomato genome, which were organized into the same RLK subfamily clades as Arabidopsis. Only eight of 58 RLK subfamilies exhibited specific expansion/reduction compared to their Arabidopsis counterparts and only six proteins were lineage-specific in tomato, indicating that the tomato RLKs share functional and structural conservation with Arabidopsis. We also characterized the LRRII-RLK family by phylogeny, genomic analysis, expression profile and interaction with the virulence factor from begomoviruses, the nuclear shuttle protein (NSP). The LRRII subfamily members from tomato and Arabidopsis were highly conserved in both sequence and structure. Nevertheless, the majority of the orthologous pairs did not display similar conservation in the gene expression profile, indicating that these orthologs may have diverged in function after speciation of tomato and Arabidopsis common ancestor. Based on the fact that members of the Arabidopsis RLK superfamily (NIK1, NIK2, NIK3 and NsAK) interact with the begomovirus nuclear shuttle protein (NSP), we examined whether the tomato orthologs of NIK, BAK1 and NsAK genes interacted with NSP of Tomato Yellow Spot Virus (ToYSV). The tomato orthologs of NSP interactors, SlNIKs and SlNsAK, interacted specifically with NSP in yeast and displayed an expression pattern consistent with the pattern of geminivirus infection. In addition to suggesting a functional analogy between these phylogenetically classified orthologs, these results expand our previous observation that NSP-NIK interactions are neither virus-specific nor host-specific. Therefore, NIK-mediated antiviral signalling is also likely to operate in tomato, suggesting that tomato NIKs may be good targets for engineering resistance against tomato-infecting begomoviruses.