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A restrição hídrica afeta diretamente o metabolismo das plantas, como por exemplo, a diminuição da taxa assimilatória líquida, o fechamento estomático, a utilização e partição de carboidratos e em nível molecular, a expressão de genes relacionados ao déficit hídrico. Desta forma, este trabalho visou caracterizar respostas diferenciais à nível fisiológico e molecular em plantas do gênero Prunus persica enxertadas sobre diferentes portaenxertos submetidas ao déficit hídrico, a fim de auxiliar na escolha de genótipos mais tolerantes à essa condição hídrica. O trabalho foi dividido em três experimentos, no primeiro, foram avaliados os parâmetros das trocas gasosas da cultivar copa Chimarrita enxertada sobre cinco diferentes portaenxertos (Tsukuba 1, Tsukuba 2, Tsukuba 3, Aldrighi 1 e Seleção UFPel 0402) submetidos ao déficit hídrico, com esquema fatorial: 2 x 8, sendo duas condições hídricas (controle e déficit hídrico) e oito dias de avaliação (0, 1º, 2º, 3º, 4º, 6º, 7º e 9º, sendo os dois últimos, período de recuperação: 24h e 72h, respectivamente). As diferentes combinações de portaenxertos com a cultivar copa Chimarrita, demonstraram comportamento fisiológico diferencial para a tolerância inicial ao déficit hídrico. A combinação „Chimarrita‟/Adrighi 1‟ apresentou-se com uma maior de tolerância inicial ao déficit hídrico. A redução da taxa assimilatória líquida perante o déficit hídrico não está relacionada principalmente à limitação estomática, sugerindo-se que ocorrem também limitações não estomáticas. No segundo experimento, objetivou-se analisar genes normalizadores para estudos de expressão gênica através da técnica de RT-qPCR em folhas de „Chimarrita‟, enxertadas sobre „Aldrighi 1‟ e „Tsukuba 2‟ submetidos ao déficit hídrico por um período de nove dias. Não houve influência das diferentes combinações „Chimarrita‟/portaenxertos para expressão dos genes normalizadores nas condições impostas do presente estudo, sendo os genes TUA e CYP2 considerados os mais adequados mediante as condições impostas. Por outro lado, os genes Ef-1α e ACT foram os menos indicados para as mesmas condições. No terceiro experimento, objetivou-se verificar através da técnica de RT-qPCR a expressão de sete genes-chave envolvidos no processo de resposta ao déficit hídrico em folhas de pessegueiro cultivar copa „Chimarrita‟ enxertadas sobre os portaenxertos „Aldrighi 1‟ e „Tsukuba 2‟. Os resultados demonstraram que houve indução de resposta diferencial da combinação „Chimarrita‟/portaenxertos em relação à expressão dos genes envolvidos no metabolismo do ajustamento osmótico, tais como, SDH, SIP1 GTL e P5SC. O gene S6PDH, apresentou expressão bastante pronunciada e similar para ambas as combinações copa/portaenxertos no quarto dia de estresse, evidenciando a participação e importância do sorbitol no ajustamento osmótico para uma possível tolerância ao déficit hídrico. No entanto, expressão dos genes relacionados ao metabolismo de sorbitol e de prolina, podem ser utilizados como marcadores moleculares para tolerância ao déficit hídrico em portaenxertos de Prunus persica. / Fruit growing is an important component of Brazilian agribusiness, assuming increasing prominence in the Rio Grande do Sul, mainly in the southern region of this state.This region stands out as the largest holder of the production of peaches in Brazil, but also has the lowest average productivity of the orchards when compared to other states. This is mainly the soil and climatic conditions of the region, where there is presence of soils with horizon 'A' superficial and with drainage problem, which depending on the time of year, may suffer water stress situations at critical periods for culture, impairing development and productivity of the same. Water restriction intake directly affects the metabolism of plants, such as the decrease in net assimilation rate, stomatal closure, use and carbohydrates partition and molecular level the expression of genes related to drought. Therefore, this study aimed to characterize differential responses to physiological and molecular level in the genus Prunus persica plants, grafted on different rootstocks subjected to water stress in order support choose the most tolerant to this condition water. The work was divided into three experiments, the first evaluated the parameters of gas exchange of the cultivar cup Chimarrita grafted on five different rootstocks (Tsukuba 1, Tsukuba 2, Tsukuba 3, Aldrighi 1 and Seleção UFPel 0402) submitted to water deficit, with factorial design: 2 x 8, two water conditions (control and water deficit ) and eight days of evaluations (0, 1, 2, 3, 4, 6, 7 and 9, the latter two, recovery time: 24 hours and 72 hours respectively). The different combinations of rootstocks with the cultivar cup Chimarrita demonstrated physiological performance differential for initial tolerance to water deficit. The combination 'Chimarrita'/Aldrighi 1 'presented with an initial greater tolerance to water deficit. The reduced net assimilation rate before the water deficit is not related mainly to stomatal limitation, suggesting that also occur not stomatal limitations. The second experiment aimed to analyze normalizing genes for gene expression studies by RT- qPCR technique in leaves 'Chimarrita' grafted on 'Aldrighi 1' and 'Tsukuba 2' and subjected to water stress for a period of nine days. There was no influence of different combinations 'Chimarrita'/rootstocks for normalizing gene expression of the imposed conditions of this study, and the TUA and CYP2 genes considered best suited by the conditions imposed. However, the EF-1α gene and the ACT less suitable for the same conditions. In the third experiment aimed to verify through RT- qPCR technique the expression of seven key genes involved in the response process to water deficit in peach leaves cultivar cup 'Chimarrita' grafted on rootstocks „Aldrighi 1' and „Tsukuba 2'. The results showed induction differential response of the combination 'Chimarrita'/rootstocks compared to the expression of genes involved in the metabolism of the osmotic adjustment, such as SDH, SIP1, GTL and P5SC. The S6PDH gene, presented quite pronounced and similar expression for both compounds canopy/rootstocks on the fourth day of stress, suggesting a participation and importance of sorbitol in osmotic adjustment for possible tolerance to water deficit. However, expression of genes related to the metabolism of sorbitol and proline, can be used as molecular markers for tolerance to water deficit in rootstocks of Prunus persica.

Wing polyphenism is a type of phenotypic plasticity present in several insect species whereby a genotype have the ability to develop alternative wing morphs when exposed to different environmental cues. One organism demonstrating a clear case of wing polyphenism is the water strider species, Gerris buenoi, which develop long- or short wings depending on exposure to different photoperiods (the time the organism is exposed to light during a 24 h period). The molecular mechanism behind wing polyphenism in insects in general, and in water striders in particular, is largely unknown. From a study on wing polyphenism in the Brown planthopper (Nilaparvata lugens), some candidate genes have been identified and include two insulin receptor genes and the Forkhead transcription factor (FOXO). Since these genes have been demonstrated to affect wing polyphenism in Brown planthopper (BPH) and since G. buenoi contains an additional insulin receptor homolog, the potential role of these genes in regulating wing polyphenism in G. buenoi have in this project been investigated. The functional genetic technique RNA interference (RNAi) was used to evaluate the function of the genes. This method knock down gene expression in the genes mentioned above, one at a time, to investigate if they have a function in wing polyphenism in G. buenoi. DsRNA with specific homology to each target gene was successfully produced. However, when attempting to inject the dsRNA through micro injection all injected liquid leaked out from the body cavity, and the RNAi was therefore not successful. Further optimisation of the injection protocol has to be done to be able to perform RNAi properly in the future. Thereafter, RT-qPCR was used to evaluate whether the insulin receptor genes and FOXO are differentially expressed between the two photoperiods giving rise to the different wing morphs. The differential gene expression experiment showed differences between the mRNA levels of all target genes between G. buenoi being reared in the two different photoperiods. More specific upregulation of the genes FOXO and insulin receptor 2 in short winged G. buenoi were demonstrated. Further, insulin receptor 1-like, was also demonstrated to be upregulated in the short winged morph. Results presented in this project are in line with the previously identified regulation pattern in BPH, still the results need further evaluation. Since gene expression differences were present for all candidate genes between G. buenoi reared in the different photoperiods, theses genes could still be seen as potential candidate genes in wing polyphenism in water striders.

EHV-1 is a double-stranded DNA virus whereas EAV is a positive sense, single-stranded RNA virus. Therefore, genetically, they are very different from one another. However, both these viruses are endotheliotropic and thus, infect and replicates in equine endothelial cells resulting in vasculitis. Vasculitis is central to the pathogenesis of these two viruses. Thus, the main objective of this thesis was to investigate the inflammatory and innate immune responses of EECs that contribute towards the development of vasculitis following infection with EHV-1 and EAV in-vitro. Since proinflammatory cytokines and chemokines produced by endothelial cells play a significant role in the development of vasculitis, we investigated their gene expression as well as secretion. Results from this study showed that the proinflammatory response of EECs induced by EAV is relatively less when compared with the corresponding results from EHV-1 infected EECs. Furthermore, EAV elicits a lower type I interferon response in EECs when compared with EHV-1. Further investigations revealed an active role played by TLR 3 in inducing the proinflammatory response in EHV-1 infected EECs during the first 6 hours of infection but not in EAV infected EECs. Analyzing the whole transcriptome of EHV-1 and EAV infected EECs revealed a complex pattern of gene regulation and cellular pathways related to cellular immune, inflammatory and apoptotic responses. Finally, we investigated host genetic factors associated with EHV-1 induced myeloencephalopathy but found no evidence for a recessive allele influencing the development of EHM following EHV-1 infection for any genetic locus was identified. However, more complex host-pathogen interactions are possible.

Softwood is the predominant form of land plant biomass in the Northern hemisphere, and is among the most recalcitrant biomass resources to bioprocess technologies. The white rot fungus Phanerochaete carnosa has been isolated almost exclusively from softwoods, while most other known white-rot species, including Phanerochaete chrysosporium, were mainly isolated from hardwoods. Accordingly, it is anticipated that P. carnosa encodes a distinct set of enzymes and proteins that promote softwood decomposition. To elucidate the genetic basis of softwood bioconversion by P. carnosa, its genome was sequenced and transcriptomes were evaluated after growth on wood compared to liquid medium. Results indicate that P. carnosa differs from P. chrysosporium in the number and expression levels of genes that encode lignin peroxidase (LiP) and manganese peroxidase (MnP), two enzymes that modify lignin present in wood. P. carnosa has more genes for MnP with higher expression levels than LiP, while the reverse has been observed for P. chrysosporium. The abundances of transcripts predicted to encode lignocellulose-modifying enzymes were then measured over the course of P. carnosa cultivation on four wood species. Profiles were consistent with decay of lignin before carbohydrates. Transcripts encoding MnP were highly abundant, and those encoding MnP and LiP featured significant substrate-dependent response. Since differences in modes of lignin degradation catalyzed by MnP and LiP could affect the ability of each to degrade lignin from different types of wood, their activity on various hardwoods and softwoods were tested. Results suggest that MnP degrades softwood lignin more effectively than hardwood lignin, consistent with high levels of this enzyme in P. carnosa.

Softwood is the predominant form of land plant biomass in the Northern hemisphere, and is among the most recalcitrant biomass resources to bioprocess technologies. The white rot fungus Phanerochaete carnosa has been isolated almost exclusively from softwoods, while most other known white-rot species, including Phanerochaete chrysosporium, were mainly isolated from hardwoods. Accordingly, it is anticipated that P. carnosa encodes a distinct set of enzymes and proteins that promote softwood decomposition. To elucidate the genetic basis of softwood bioconversion by P. carnosa, its genome was sequenced and transcriptomes were evaluated after growth on wood compared to liquid medium. Results indicate that P. carnosa differs from P. chrysosporium in the number and expression levels of genes that encode lignin peroxidase (LiP) and manganese peroxidase (MnP), two enzymes that modify lignin present in wood. P. carnosa has more genes for MnP with higher expression levels than LiP, while the reverse has been observed for P. chrysosporium. The abundances of transcripts predicted to encode lignocellulose-modifying enzymes were then measured over the course of P. carnosa cultivation on four wood species. Profiles were consistent with decay of lignin before carbohydrates. Transcripts encoding MnP were highly abundant, and those encoding MnP and LiP featured significant substrate-dependent response. Since differences in modes of lignin degradation catalyzed by MnP and LiP could affect the ability of each to degrade lignin from different types of wood, their activity on various hardwoods and softwoods were tested. Results suggest that MnP degrades softwood lignin more effectively than hardwood lignin, consistent with high levels of this enzyme in P. carnosa.

Os cofatores de ferro-enxofre [Fe-S] estão entre os mais versáteis e antigos cofatores enzimáticos encontrados na natureza. As células têm explorado as propriedades eletrônicas e estruturais destes cofatores inorgânicos para uma ampla variedade de atividades incluindo a transferência de elétrons, a catálise e a ativação de substratos. Um grande número de proteínas está envolvido na biogênese dos cofatores [Fe-S], e este processo pode ser dividido em três etapas principais: (i) formação do enxofre elementar, (ii) montagem do cofator [Fe-S], e (iii) inserção do cofator em apoproteínas. As plantas realizam fotossíntese e respiração, dois processos que requerem proteínas Fe-S, sendo os únicos organismos em que a biossíntese destas proteínas é compartimentalizada. Diversos fatores afetam o desenvolvimento das plantas, entre eles, a temperatura baixa, fator limitante à produtividade e à distribuição geográfica das plantas, incluindo Eucalyptus grandis, uma espécie com grande importância econômica. Devido a esse fato, foi realizada uma análise transcricional dos genes codificados pelo sistema ISC de biossíntese de cofatores [Fe-S] NFS1, ISA1 e ISU1 de E. grandis por meio de PCR quantitativa (RT-qPCR), após plântulas desta espécie serem submetidas ao tratamento de frio. O gene NFS1 teve sua expressão reprimida nas primeiras 48 horas de tratamento, porém, após esse período observa-se um aumento da expressão gênica em relação à condição controle. O genes ISU1 e ISA1 apresentaram maior expressão gênica nas primeiras duas horas de tratamento, diminuindo drasticamente logo após este período. Foi verificado um aumento na quantidade relativa de Fe e S nos nas plântulas submetidas ao tratamento de frio, indicando um possível aumento na quantidade de cofatores [Fe-S] requeridos para o reestabelecimento da homeostase celular. As bactérias, por sua vez, desenvolveram pelo menos três sistemas de biossíntese, altamente conservados, que estão envolvidos na formação dos cofatores [Fe-S], sendo estes NIF, ISC e SUF. Em muitas proteobactérias, a regulação da produção de cofatores [Fe-S] pelos sistemas ISC e SUF é controlada por uma única proteína, IscR, pertencente à família de reguladores Rrf2. A proteína IscR possui um domínio de ligação ao DNA na região N-terminal e um segundo domínio de ligação de cofatores com três resíduos de cisteínas (Cys) altamente conservados. A ligação de um cofator do tipo [2Fe-2S] reprime a transcrição do seu próprio promotor in vitro. O genoma de Azotobacter vinelandii não inclui um sistema SUF completo e, portanto, permite o estudo dos efeitos da regulação de IscR não relacionada a SUF. No presente trabalho, objetivamos analisar a expressão do operon isc em linhagens selvagens e mutantes para IscR de A. vinelandii por meio das técnicas de sequenciamento do transcritoma e RT-qPCR. As substituições das Cys92, Cys104, His107 e a deleção de 120 pb da região codificadora do segundo domínio de IscR levaram à indução de um aumento da expressão de todo o operon isc. Notou-se também uma diferença fenotípica clara no tamanho das colônias portadoras das substituições de Cys e His, sendo estas menores em relação à linhagem selvagem. As substituições das Cys98 e Cys111, ou ainda a dupla substituição Cys98/111 não levaram a alteração da expressão do operon. A ligação ou não do cofator [Fe-S] é, portanto, responsável pela regulação do operon isc em A. vinelandii, bem como, de outros operons codificadores de proteínas envolvidas em cadeias tranportadoras de elétrons. / The iron-sulfur clusters [Fe-S] are among the oldest and most versatile enzyme cofactors found in nature. The cells have explored the structural and electronic properties of these inorganic clusters for a wide variety of activities including electron transfer, catalysis and activation of substrates. A large number of proteins is involved in the biogenesis of the [Fe-S] clusters, and this process can be divided into three main steps: (i) formation of elemental sulfur, (ii) assembly of the [Fe-S] cluster and (iii) insertion into apoproteins. Plants perform photosynthesis and respiration, two processes that require Fe-S protein, and in these organisms the synthesis of these proteins is compartmentalized. Several factors affect the development of plants, among them, the low temperature is a limiting factor to productivity and geographical distribution of plants, including Eucalyptus grandis, a specie with great economic importance. Due to this fact, we performed a transcriptional analysis by quantitative PCR (RT-qPCR) of the genes encoded by the E. grandis [Fe-S] cluster ISC system NFS1, ISA1 and ISU1 after seedlings were submitted to the chilling treatment. The NFS1 gene expression is repressed in the first 48 hours of treatment, but after this period there was an increase in gene expression relating to the control condition. The genes ISU1 and ISA1 showed higher gene expression in the first two hours of treatment, followed by a sharp decrease. There was an increase in the relative amount of Fe and S in the seedlings subjected to cold treatment, indicating a possible increase in the amount of [Fe-S] clusters, required for the reestablishment of cellular homeostasis. Bacteria have developed at least three synthesis systems, highly conserved, which are involved in the formation of Fe-S proteins, NIF, ISC and SUF. In many proteobacteria, the regulation of clusters production by ISC and SUF is controlled by a single protein, IscR, belonging to the Rrf2 regulators family. The protein IscR has a DNA binding site at the N-terminal domain and second cofactors binding domain with three cysteine residues (Cys) highly conserved. The binding of a [2Fe-2S] cluster represses the transcription of its own promoter in vitro. The genome of Azotobacter vinelandii does not include a full SUF system and thus permits the study of the effects of IscR regulation unrelated to SUF. In this study, the aim was to analyze the expression of isc operon in wild type and mutant strains of A. vinelandii IscR by the techniques of the transcriptome sequencing and qRT-PCR. The replacement of Cys92, Cys104, His107 and a deletion of 120 bp region encoding the second IscR domain led to an increased expression of the whole isc operon. It also showed a clear phenotypic difference in colonies size in the strains carrying the substitutions of His and Cys, it was smaller compared to the wild type strain. The replacement of Cys98 and Cys111, or the double substitution Cys98/111 not led to an altered operon expression. The [Fe-S] cluster binding or not, is therefore responsible for the regulation of the isc operon in A. vinelandii as well as of other operons encoding proteins involved in electron tranport chains.

Os cofatores de ferro-enxofre [Fe-S] estão entre os mais versáteis e antigos cofatores enzimáticos encontrados na natureza. As células têm explorado as propriedades eletrônicas e estruturais destes cofatores inorgânicos para uma ampla variedade de atividades incluindo a transferência de elétrons, a catálise e a ativação de substratos. Um grande número de proteínas está envolvido na biogênese dos cofatores [Fe-S], e este processo pode ser dividido em três etapas principais: (i) formação do enxofre elementar, (ii) montagem do cofator [Fe-S], e (iii) inserção do cofator em apoproteínas. As plantas realizam fotossíntese e respiração, dois processos que requerem proteínas Fe-S, sendo os únicos organismos em que a biossíntese destas proteínas é compartimentalizada. Diversos fatores afetam o desenvolvimento das plantas, entre eles, a temperatura baixa, fator limitante à produtividade e à distribuição geográfica das plantas, incluindo Eucalyptus grandis, uma espécie com grande importância econômica. Devido a esse fato, foi realizada uma análise transcricional dos genes codificados pelo sistema ISC de biossíntese de cofatores [Fe-S] NFS1, ISA1 e ISU1 de E. grandis por meio de PCR quantitativa (RT-qPCR), após plântulas desta espécie serem submetidas ao tratamento de frio. O gene NFS1 teve sua expressão reprimida nas primeiras 48 horas de tratamento, porém, após esse período observa-se um aumento da expressão gênica em relação à condição controle. O genes ISU1 e ISA1 apresentaram maior expressão gênica nas primeiras duas horas de tratamento, diminuindo drasticamente logo após este período. Foi verificado um aumento na quantidade relativa de Fe e S nos nas plântulas submetidas ao tratamento de frio, indicando um possível aumento na quantidade de cofatores [Fe-S] requeridos para o reestabelecimento da homeostase celular. As bactérias, por sua vez, desenvolveram pelo menos três sistemas de biossíntese, altamente conservados, que estão envolvidos na formação dos cofatores [Fe-S], sendo estes NIF, ISC e SUF. Em muitas proteobactérias, a regulação da produção de cofatores [Fe-S] pelos sistemas ISC e SUF é controlada por uma única proteína, IscR, pertencente à família de reguladores Rrf2. A proteína IscR possui um domínio de ligação ao DNA na região N-terminal e um segundo domínio de ligação de cofatores com três resíduos de cisteínas (Cys) altamente conservados. A ligação de um cofator do tipo [2Fe-2S] reprime a transcrição do seu próprio promotor in vitro. O genoma de Azotobacter vinelandii não inclui um sistema SUF completo e, portanto, permite o estudo dos efeitos da regulação de IscR não relacionada a SUF. No presente trabalho, objetivamos analisar a expressão do operon isc em linhagens selvagens e mutantes para IscR de A. vinelandii por meio das técnicas de sequenciamento do transcritoma e RT-qPCR. As substituições das Cys92, Cys104, His107 e a deleção de 120 pb da região codificadora do segundo domínio de IscR levaram à indução de um aumento da expressão de todo o operon isc. Notou-se também uma diferença fenotípica clara no tamanho das colônias portadoras das substituições de Cys e His, sendo estas menores em relação à linhagem selvagem. As substituições das Cys98 e Cys111, ou ainda a dupla substituição Cys98/111 não levaram a alteração da expressão do operon. A ligação ou não do cofator [Fe-S] é, portanto, responsável pela regulação do operon isc em A. vinelandii, bem como, de outros operons codificadores de proteínas envolvidas em cadeias tranportadoras de elétrons. / The iron-sulfur clusters [Fe-S] are among the oldest and most versatile enzyme cofactors found in nature. The cells have explored the structural and electronic properties of these inorganic clusters for a wide variety of activities including electron transfer, catalysis and activation of substrates. A large number of proteins is involved in the biogenesis of the [Fe-S] clusters, and this process can be divided into three main steps: (i) formation of elemental sulfur, (ii) assembly of the [Fe-S] cluster and (iii) insertion into apoproteins. Plants perform photosynthesis and respiration, two processes that require Fe-S protein, and in these organisms the synthesis of these proteins is compartmentalized. Several factors affect the development of plants, among them, the low temperature is a limiting factor to productivity and geographical distribution of plants, including Eucalyptus grandis, a specie with great economic importance. Due to this fact, we performed a transcriptional analysis by quantitative PCR (RT-qPCR) of the genes encoded by the E. grandis [Fe-S] cluster ISC system NFS1, ISA1 and ISU1 after seedlings were submitted to the chilling treatment. The NFS1 gene expression is repressed in the first 48 hours of treatment, but after this period there was an increase in gene expression relating to the control condition. The genes ISU1 and ISA1 showed higher gene expression in the first two hours of treatment, followed by a sharp decrease. There was an increase in the relative amount of Fe and S in the seedlings subjected to cold treatment, indicating a possible increase in the amount of [Fe-S] clusters, required for the reestablishment of cellular homeostasis. Bacteria have developed at least three synthesis systems, highly conserved, which are involved in the formation of Fe-S proteins, NIF, ISC and SUF. In many proteobacteria, the regulation of clusters production by ISC and SUF is controlled by a single protein, IscR, belonging to the Rrf2 regulators family. The protein IscR has a DNA binding site at the N-terminal domain and second cofactors binding domain with three cysteine residues (Cys) highly conserved. The binding of a [2Fe-2S] cluster represses the transcription of its own promoter in vitro. The genome of Azotobacter vinelandii does not include a full SUF system and thus permits the study of the effects of IscR regulation unrelated to SUF. In this study, the aim was to analyze the expression of isc operon in wild type and mutant strains of A. vinelandii IscR by the techniques of the transcriptome sequencing and qRT-PCR. The replacement of Cys92, Cys104, His107 and a deletion of 120 bp region encoding the second IscR domain led to an increased expression of the whole isc operon. It also showed a clear phenotypic difference in colonies size in the strains carrying the substitutions of His and Cys, it was smaller compared to the wild type strain. The replacement of Cys98 and Cys111, or the double substitution Cys98/111 not led to an altered operon expression. The [Fe-S] cluster binding or not, is therefore responsible for the regulation of the isc operon in A. vinelandii as well as of other operons encoding proteins involved in electron tranport chains.

Os cofatores de ferro-enxofre [Fe-S] estão entre os mais versáteis e antigos cofatores enzimáticos encontrados na natureza. As células têm explorado as propriedades eletrônicas e estruturais destes cofatores inorgânicos para uma ampla variedade de atividades incluindo a transferência de elétrons, a catálise e a ativação de substratos. Um grande número de proteínas está envolvido na biogênese dos cofatores [Fe-S], e este processo pode ser dividido em três etapas principais: (i) formação do enxofre elementar, (ii) montagem do cofator [Fe-S], e (iii) inserção do cofator em apoproteínas. As plantas realizam fotossíntese e respiração, dois processos que requerem proteínas Fe-S, sendo os únicos organismos em que a biossíntese destas proteínas é compartimentalizada. Diversos fatores afetam o desenvolvimento das plantas, entre eles, a temperatura baixa, fator limitante à produtividade e à distribuição geográfica das plantas, incluindo Eucalyptus grandis, uma espécie com grande importância econômica. Devido a esse fato, foi realizada uma análise transcricional dos genes codificados pelo sistema ISC de biossíntese de cofatores [Fe-S] NFS1, ISA1 e ISU1 de E. grandis por meio de PCR quantitativa (RT-qPCR), após plântulas desta espécie serem submetidas ao tratamento de frio. O gene NFS1 teve sua expressão reprimida nas primeiras 48 horas de tratamento, porém, após esse período observa-se um aumento da expressão gênica em relação à condição controle. O genes ISU1 e ISA1 apresentaram maior expressão gênica nas primeiras duas horas de tratamento, diminuindo drasticamente logo após este período. Foi verificado um aumento na quantidade relativa de Fe e S nos nas plântulas submetidas ao tratamento de frio, indicando um possível aumento na quantidade de cofatores [Fe-S] requeridos para o reestabelecimento da homeostase celular. As bactérias, por sua vez, desenvolveram pelo menos três sistemas de biossíntese, altamente conservados, que estão envolvidos na formação dos cofatores [Fe-S], sendo estes NIF, ISC e SUF. Em muitas proteobactérias, a regulação da produção de cofatores [Fe-S] pelos sistemas ISC e SUF é controlada por uma única proteína, IscR, pertencente à família de reguladores Rrf2. A proteína IscR possui um domínio de ligação ao DNA na região N-terminal e um segundo domínio de ligação de cofatores com três resíduos de cisteínas (Cys) altamente conservados. A ligação de um cofator do tipo [2Fe-2S] reprime a transcrição do seu próprio promotor in vitro. O genoma de Azotobacter vinelandii não inclui um sistema SUF completo e, portanto, permite o estudo dos efeitos da regulação de IscR não relacionada a SUF. No presente trabalho, objetivamos analisar a expressão do operon isc em linhagens selvagens e mutantes para IscR de A. vinelandii por meio das técnicas de sequenciamento do transcritoma e RT-qPCR. As substituições das Cys92, Cys104, His107 e a deleção de 120 pb da região codificadora do segundo domínio de IscR levaram à indução de um aumento da expressão de todo o operon isc. Notou-se também uma diferença fenotípica clara no tamanho das colônias portadoras das substituições de Cys e His, sendo estas menores em relação à linhagem selvagem. As substituições das Cys98 e Cys111, ou ainda a dupla substituição Cys98/111 não levaram a alteração da expressão do operon. A ligação ou não do cofator [Fe-S] é, portanto, responsável pela regulação do operon isc em A. vinelandii, bem como, de outros operons codificadores de proteínas envolvidas em cadeias tranportadoras de elétrons. / The iron-sulfur clusters [Fe-S] are among the oldest and most versatile enzyme cofactors found in nature. The cells have explored the structural and electronic properties of these inorganic clusters for a wide variety of activities including electron transfer, catalysis and activation of substrates. A large number of proteins is involved in the biogenesis of the [Fe-S] clusters, and this process can be divided into three main steps: (i) formation of elemental sulfur, (ii) assembly of the [Fe-S] cluster and (iii) insertion into apoproteins. Plants perform photosynthesis and respiration, two processes that require Fe-S protein, and in these organisms the synthesis of these proteins is compartmentalized. Several factors affect the development of plants, among them, the low temperature is a limiting factor to productivity and geographical distribution of plants, including Eucalyptus grandis, a specie with great economic importance. Due to this fact, we performed a transcriptional analysis by quantitative PCR (RT-qPCR) of the genes encoded by the E. grandis [Fe-S] cluster ISC system NFS1, ISA1 and ISU1 after seedlings were submitted to the chilling treatment. The NFS1 gene expression is repressed in the first 48 hours of treatment, but after this period there was an increase in gene expression relating to the control condition. The genes ISU1 and ISA1 showed higher gene expression in the first two hours of treatment, followed by a sharp decrease. There was an increase in the relative amount of Fe and S in the seedlings subjected to cold treatment, indicating a possible increase in the amount of [Fe-S] clusters, required for the reestablishment of cellular homeostasis. Bacteria have developed at least three synthesis systems, highly conserved, which are involved in the formation of Fe-S proteins, NIF, ISC and SUF. In many proteobacteria, the regulation of clusters production by ISC and SUF is controlled by a single protein, IscR, belonging to the Rrf2 regulators family. The protein IscR has a DNA binding site at the N-terminal domain and second cofactors binding domain with three cysteine residues (Cys) highly conserved. The binding of a [2Fe-2S] cluster represses the transcription of its own promoter in vitro. The genome of Azotobacter vinelandii does not include a full SUF system and thus permits the study of the effects of IscR regulation unrelated to SUF. In this study, the aim was to analyze the expression of isc operon in wild type and mutant strains of A. vinelandii IscR by the techniques of the transcriptome sequencing and qRT-PCR. The replacement of Cys92, Cys104, His107 and a deletion of 120 bp region encoding the second IscR domain led to an increased expression of the whole isc operon. It also showed a clear phenotypic difference in colonies size in the strains carrying the substitutions of His and Cys, it was smaller compared to the wild type strain. The replacement of Cys98 and Cys111, or the double substitution Cys98/111 not led to an altered operon expression. The [Fe-S] cluster binding or not, is therefore responsible for the regulation of the isc operon in A. vinelandii as well as of other operons encoding proteins involved in electron tranport chains.

A alimentação diferencial durante o desenvolvimento das abelhas Apis mellifera desencadeia respostas endógenas em vias de sinalização e sistema endócrino, que promovem o desenvolvimento de fenótipos alternativos nas castas femininas. Rainhas e operárias diferem em sua fisiologia, morfologia, longevidade, função na colônia, comportamento, e principalmente, na ativação do sistema reprodutivo. Em relação aos ovários, resultados prévios baseados em ensaios de microarranjos revelaram um conjunto de genes como diferencialmente expressos (DEGs) em larvas de rainhas e operárias. Esse trabalho teve como objetivo analisar os padrões de expressão desses DEGs em mais detalhe em ovários larvais de rainhas e operárias. Com esse objetivo, foram selecionados 18 DEGs para validação por RTqPCR. Estas análises foram realizadas em ovários dissecados de rainhas e operárias em quatro estágios larvais que representam fases críticas no desenvolvimento ovariano (L4, L5F1, L5F2 e L5F3). Dentre os 18 DEGs candidatos, 11 foram confirmados como de fato diferencialmente expressos. Entre esses, quatro genes que codificam enzimas: short chain dehydrogenase reductase (GB54419), 15-hydroxyprostaglandin dehydrogenase (GB18737), SCPEP1-like gene (GB11273) e glycerol-3-phosphate dehydrogenase (GB50902), exibiram um pico de expressão em L5F1 em ovários de operárias. Dentre os dois genes relacionados à estocagem ou transporte de proteínas, o gene apolipoprotein III (GB20117) encontrou-se mais expresso em operárias enquanto que hexamerin 70b (GB10869) se mostrou superexpresso em ovários de rainhas. Os genes relacionados à tradução de mRNA e vias de sinalização: elongation factor 1? (GB52028), heat shock protein 60 (GB18969), heat shock protein 90 (GB40976) e mitogen-activated protein kinase 3 (GB41845) estavam significativamente superexpressos em ovários de rainhas. O gene OCLP-1 (GB19297), que possui uma função hipotética como inibidor de cistina foi encontrado como superexpresso em ovários de operárias. A fim de avaliar a modulação desses genes por hormônio juvenil, foi realizado o tratamento in vivo de larvas de operárias com aplicação tópica do hormônio. Após seis horas de tratamento, os ovários foram dissecados e as amostras analisadas por RT-qPCR. Dos onze DEGs testados para resposta a HJ, seis se mostraram significativamente modulados pelo hormônio Dois genes, short chain dehydrogenase reductase e heat shock protein 90, que também respondem a ecdisona, são up-regulados por HJ, enquanto os genes OCLP-1, hexamerin 70b, 15-hydroxyprostaglandin dehydrogenase e apolipoprotein III eram downregulados. A expressão diferencial desses genes que codificam enzimas, proteínas de transporte/estocagem e fatores de vias de sinalização, indica que estes genes são importantes no desenvolvimento casta-especifíco dos ovários, uma vez que sua expressão está fortemente modulada durante os estágios em que ocorre a morte celular programada em ovários de operárias. / Differential feeding during larval development of the honey bee (Apis mellifera) triggers endogenous responses in signaling pathways and the endocrine system which promote the development of alternative phenotypes in the female castes. Queens and workers differ in physiology, morphology, longevity, function in the colony, behavior, and, especially so, the activation of the reproductive system. Concerning the ovaries, previous results based on microarray assays revealed a set of differentially expressed genes (DEGs) in queen and worker larvae.This project now aimed to further analyze the expression patterns of DEGs in the ovaries of larval workers and queens. From the microarray assays we selected a set of 18 DEGs for validation by qPCR. These analyses were performed on ovaries dissected from queens and workers of four larval stages representing critical phases of ovary development (L4, L5F1, L5F2, L5F3). Among the 18 DEG candidates, 11 were confirmed as differentially expressed. Four genes that code for enzymes: a short chain dehydrogenase reductase (GB54419), a 15-hydroxyprostaglandin dehydrogenase (GB18737), an SCPEP1-like gene (GB11273) and glycerol-3-phosphate dehydrogenase (GB50902) exhibited an expression peak at L5F1 in worker ovaries. Among the two genes encoding storage or transport proteins, apolipoprotein III (GB20117) was more expressed in workers and hexamerin 70b (GB10869) was overexpressed in queen ovaries. Among the genes related to mRNA translation and signaling pathways: elongation fator 1? (GB52028), heat shock protein 60 (GB18969), heat shock protein 90 (GB40976) and a mitogen-activated protein kinase 3 (GB41845) were found significantly overexpressed in queen ovaries. The gene OCLP-1 (GB19297), which has a hypothetical function as an inhibitor cystine knot peptide, was found higher expressed in worker ovaries. So as to evaluate the modulation of these genes by juvenile hormone, an in vivo treatment of workers larvae was performed with cuticular application of the hormone. After six hours of treatment, the ovaries were dissected and the samples analyzed by RTqPCR. Of the eleven DEGs tested for response to JH, six were significantly modulated by the hormone. Two genes, short chain dehydrogenase reductase and heat shock protein 90, which also respond to ecdysone, were up-regulated by JH, while OCLP-1 hexamerin 70b, 15- hydroxyprostaglandin dehydrogenase and apolipoprotein III were down-regulated.The differential expression of these genes encoding enzymes, storage/transport and signaling pathway proteins indicates that they are important in caste-specific ovary development, as their expression is strongly modulated during stages when programmed cell death takes place.

O relógio biológico de plantas é uma rede regulatória de grande relevância para a adaptação dos organismos ao ambiente. Essa rede é composta por diversas vias de controle transcricional e pós-transcricional que se retroalimentam e geram ritmos biológicos. O controle exercido pelo relógio pode ser observado nos mais diversos aspectos da fisiologia e desenvolvimento de plantas. No presente projeto de pesquisa foi investigada a relação entre o relógio biológico e a sinalização por auxinas, uma classe de fitohormônios, em cana-de-açúcar. Foram utilizadas técnicas de expressão gênica, como RT-qPCR, para definição de um protocolo robusto de avaliação de respostas transcricionais a auxinas em plântulas de cana-de-açúcar geradas por organogênese direta. Após 1h da aplicação de 80 µM auxina sintética ácido 1-naftalenoacético, foi possível observar controle transcricional evidente exercido pela aplicação de auxina sobre alguns genes. Também foi observado variação na resposta obtida, dependendo do horário do ciclo circadiano em que o estímulo era oferecido. Esse fenômeno de controle temporal sobre a resposta a um estímulo é chamado gating, sendo de grande relevância para a atuação do relógio biológico de plantas. A partir dessas observações foram realizadas análises de expressão gênica em larga escala, usando oligoarranjos, para compreensão mais aprofundada da conexão entre o relógio biológico e a sinalização por auxinas em cana-de-açúcar. Entre os genes diferencialmente expressos após estímulo com auxina, foi verificado grande presença de genes relacionados a respostas contraestresse biótico. Além disso, as respostas observadas devem estar sobre o controle do relógio biológico de cana-de-açúcar. Diversos genes relacionados a combate a infecções, como quitinases e taumatinas, tiveram sua expressão alterada após aplicação de auxinas, sendo possível observar diferenças no padrão de expressão dos genes dependendo do horário em que auxina era aplicada. Dessa forma, o relógio biológico de cana-de-açúcar, a partir da sinalização por auxinas, deve exercer controle sobre as respostas a estresses bióticos nesse organismo. Os dados obtidos são inéditos e podem contribuir para o aumento da produtividade de cana-de-açúcar assim como para o desenvolvimento de novas ferramentas biotecnológicas focadas nesse cultivar, o qual apresenta grande relevância econômica / The circadian clock is a regulatory network with great relevance to fitness of plants. This network creates biological rhythms, influencing plants metabolism and their interaction with the environment. The clock is composed of interlocking feedback transcriptional and post-transcriptional pathways. In the presente study, we investigated the interconnection between circadian clock and signaling through auxins, a group of phytohormones with great impact to plant biology. Using RT-qPCR, it was established a protocol to measure transcriptional responses after synthetic auxin 1-naphtalenacetic acid (NAA) treatment. The biological material used was leaves of sugarcane plantlets generated by direct organogenesis. After 1h treatment with 80 µM NAA, we observed obvious transcriptional responses in sugarcane plantlets. It was also possible to detect alterations of transcriptional responses according to the moment when the stimulus was offered. This temporal control is called gating and is of great relevance to plant circadian clocks. We then performed transcriptomic analysis, using oligoarrays, to get a deeper understanding of the results obtained. Indeed, it was verified that auxin stimulus is connected to biotic stress transcriptional responses and that these responses are clock-controlled. Transcripts coding for proteins like chitinases and thaumatins, which are related to biotic stress responses, were differentially expressed after auxin treatment. Also, the response of most genes was daytime-dependent. We conclude that sugarcane circadian clock, through auxin signaling, might exert control under biotic stressresponses in sugarcane. The data obtained are novelty and may contribute to increase sugarcane productivity and/or to development of new biotechnological tools dedicated to this cultivar.