Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Agronomia e Medicina Veterinária, 2015. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-01-29T12:40:12Z No. of bitstreams: 1 2015_LucianaCristineVasquesVillela.pdf: 3463694 bytes, checksum: bb96f6b7920ac6f1631387c97ca1bd5e (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-02-01T20:45:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_LucianaCristineVasquesVillela.pdf: 3463694 bytes, checksum: bb96f6b7920ac6f1631387c97ca1bd5e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-01T20:45:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_LucianaCristineVasquesVillela.pdf: 3463694 bytes, checksum: bb96f6b7920ac6f1631387c97ca1bd5e (MD5) / A cachara do pantanal (Pseudoplatystoma reticulatum) é uma espécie de bagre neotropical nativa do Brasil historicamente importante para a pesca comercial e esportiva. A produção dos bagres e de seus híbridos em cativeiro apresentou uma taxa de crescimento de mais de 100% entre 2010 e 2011, chegando a 17.619 toneladas. A geração de híbridos com o pintado (P. corruscans) vem sendo amplamente utilizada pelo setor produtivo para obter peixes superiores para o cultivo, que apresentam vigor híbrido, além das características superiores de cada uma das espécies puras. Contudo, essa prática apresenta uma ameaça para o desenvolvimento sustentável da piscicultura dos surubins, já que os híbridos gerados são férteis e podem retrocruzar com populações selvagens e estoques puros de reprodutores mantidos em cativeiro. Ferramentas de vanguarda são necessárias para alavancar o desenvolvimento de tecnologias avançadas para a criação da cachara em cativeiro, como a detecção de introgressões interespecíficas, e métodos aprimorados de reprodução e de monitoramento e melhoramento genético de estoques de reprodutores. Inicialmente, um ensaio de minisequenciamento (SNaPshot©) foi desenvolvido e validado com base em marcadores SNP (Single Nucleotide Polymorphism) espécie-específicos disponíveis na literatura, derivados de dois genes mitocondrais (16S e COI) e quatro genes nucleares (RAG2, GLOB, 18S e EF1α). Adicionalmente, análises do transcriptoma de sete tecidos (músculo branco, músculo vermelho, hipófise, gônada, rim, fígado e brânquia) de cacharas e híbridos de cachara/pintado foram realizadas para caracterizar o transcriptoma da espécie e prospectar SNPs espécie-específicos. RNA extraído de cada um dos tecidos de 17 cacharas e nove híbridos foi combinado em quantidades equimolares e utilizado para gerar 16 bibliotecas de cDNA: uma biblioteca para cada tecido de cada espécie (n=14) e uma biblioteca contendo todos os tecidos para cada espécie (n=2); as quais foram sequenciadas com tecnologia Illumina com protocolos de sequenciamento de 100 e 300 pb de comprimento. Um total de 997.043.038 fragmentos sequenciados foram processados com os programas Trinity e BWA para montagem do transcriptoma das duas espécies (cachara e híbridos de pintado) e identificação de SNPs, respectivamente. A análise do transcriptoma da cachara revelou um total de 93.674 transcritos únicos, além de 37.917 transcritos tecido-específicos e 7.456 transcritos presentes em todos os tecidos analisados. Um total de 647.954 SNPs foram identificados nas sequências analisadas, sendo que 64 SNPs espécie-especificos foram identificados, satisfazendo critérios de espaçamento e posição nos transcritos analisados, os quais serão adequados para identificar introgressões da ordem de 1,65% entre genomas da cachara e do pintado. Adicionalmente, uma montagem do DNA mitocondrial da cachara foi produzida com base nas sequências de cDNA analisadas e sequências da região controle D-loop geradas com sequenciamento Sanger. O mitogenoma completo da cachara apresentou 16.576 pb de comprimento, e a mesma estrutura básica, ordem e organização gênica observada nos mitogenomas de outras espécies de vertebrados. As informações e conhecimentos gerados neste estudo serão disponibilizadas publicamente, e poderão ser empregadas no desenvolvimento de novos estudos em áreas como filogeografia, sistemática filogenética, genética de populações, conservação e melhoramento da cachara e de outros bagres tropicais. / Pantanal (Brazilian wetlands) cachara (Pseudoplatystoma reticulatum) is a Brazilian native neotropical catfish historically important for commercial and sport fisheries. Catfish and hybrids aquaculture production showed a growth rate over 100% between 2010 and 2011, reaching 17,619 tonnes. The hybrids generation with pintado (P. corruscans) has been widely used by growers to obtain superior fishes, with hybrid vigor, in addition to pure species superior characteristics. However, this practice is a menace to sustainable catfish aquaculture development hence the hybrids are fertile and can backcross with wild populations and pure broodstocks maintained in captivity. The use of cutting-edge tools is necessary to boost the advanced technologies development for cachara farming, like interspecific introgression detection, and improved bloodstock’s reproduction, monitoring and breeding methods. Initially a minisequencing assay (SNaPshot©) was developed and validated based on specie-specific SNP (Single Nucleotide Polymorphism) tracers available at literature, derived from two mitochondrial genes (16S and COI) and four nuclear genes (RAG2, GLOB, 18 S and EF1α). Additionally, transcriptome analysis of seven tissues (white muscle, red muscle, hypophysis, gonad, kidney, liver and gill) of cachara and hybrids of cachara/pintado were carried to characterize the transcriptome of the species and search for specie-specific SNPs. The RNA extracted from each tissue of 17 cachara and nine hybrids were combined in equimolar quantities and used to generate 16 cDNA libraries: one library, for each tissue of each specie (n=14) and a library containing all tissues of each specie (n=2), which were sequenced with Illumina technology with sequencing protocols of 100 and 300 pb in length. A total of 997,043,038 sequenced fragments were processed with Trinity and BWA programs to transcriptome assembly of two species (cachara and pintado hybrids) and SNPs identification, respectively. The transcriptome analysis of cachara revealed a total of 93,674 unique transcripts, in addition to 37,917 tissue-specific transcripts and 7,456 transcripts present in all analyzed tissues. A total of 647,954 SNPs were identified in the analyzed sequences, amongst them 64 specie-specific SNPs, satisfying spacing and position criteria in the studied transcripts which were suitable for introgression identification in the order of 1.65% between cachara and pintado genome. Besides, a mitochondrial DNA assembly were produced based on the analyzed cDNA and D-loop control region sequences using Sanger sequencing. The cachara complete metagenome showed 16,576 bp in length, and the same basic structure, order and gene organization observed in the metagenomes of other vertebrate species. The novel information and knowledge generated by this study will be public available and can be used in the development of new researches in filo geography, filogenetic systematics, population genetics, cachara and other tropical catfish conservation and breeding.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Ciência da Computação, 2006. / Submitted by Kathryn Cardim Araujo (kathryn.cardim@gmail.com) on 2009-11-13T16:17:42Z No. of bitstreams: 1 2006_Rodolfo Bezerra Batista.pdf: 6981460 bytes, checksum: 79be4013795ebfc7b4d57c71316c4757 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2009-11-16T14:30:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2006_Rodolfo Bezerra Batista.pdf: 6981460 bytes, checksum: 79be4013795ebfc7b4d57c71316c4757 (MD5) / Made available in DSpace on 2009-11-16T14:30:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2006_Rodolfo Bezerra Batista.pdf: 6981460 bytes, checksum: 79be4013795ebfc7b4d57c71316c4757 (MD5) Previous issue date: 2006-03-20 / O alinhamento de seqüências biológicas é um método muito importante usado pela biologia computacional para relacionar organismos e compreender os processos evolutivos envolvidos entre eles. O algoritmo de Smith-Waterman, método exato para obtenção de alinhamentos locais ótimos entre seqüências de DNA (ácido desoxirribonucleico), possui complexidade O(n2) tanto de espaço quanto de tempo. Esta complexidade é um obstáculo à comparação de seqüências muito longas. O BLAST é uma ferramenta capaz de produzir alinhamentos locais em curto espaço de tempo e baixo custo de memória. No entanto, a sensibilidade dos resultados produzidos é baixa em comparação aos métodos exatos, devido às heurísticas utilizadas no BLAST. A programação paralela é utilizada para lidar com problemas computacionais que demandam muito tempo de processamento. Clusters de computadores provêm alto poder computacional a baixo custo. Entretanto, para se ter benefícios com o uso de clusters, os problemas precisam ser adaptados antes de serem resolvidos sobre tal plataforma computacional. A presente dissertação propõe uma estratégia paralela exata para a comparação de seqüências longas de DNA em um espaço limitado de memória. A estratégia proposta foi implementada em um cluster de estações de trabalho, atingindo speedups muito bons para seqüências maiores que 50Kbp e sendo capaz de produzir alinhamentos locais ótimos para seqüências de mais de 3 milhões de pares de bases. ____________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Biological sequence alignment is a very important method used by computational biology to relate organisms and understand the evolutionary processes involved between them. The Smith-Waterman algorithm, an exact method used to obtain optimal local alignments between DNA (deoxyribonucleic acid) sequences, has O(n2) space and time complexity. This complexity is an obstacle to the comparison of very long sequences. BLAST is a tool capable of producing local alignments in short time at a low memory cost. However, the results produced have a low sensibility when compared to exact methods, due to the heuristics used in BLAST. Parallel programming is used to deal with high processing time demanding computational problems. Clusters of computers provide high computational power at low cost. However, in order to have benefits with the use of clusters, the problems must be adapted before being solved on such computational platform. The present dissertation proposes an exact parallel strategy to the comparison of long DNA sequences in limited memory space. The proposed strategy was implemented in a cluster of workstations, reaching very good speedups for sequences longer than 50Kbp and being able to produce optimal local alignments for sequences with over 3 million base pairs.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2008. / Submitted by Jaqueline Oliveira (jaqueoliveiram@gmail.com) on 2008-12-04T18:50:12Z No. of bitstreams: 1 TESE_2008_JanMendoncaCorrea.pdf: 1697042 bytes, checksum: 1f33d862081703c73ca93cae5ea50d48 (MD5) / Approved for entry into archive by Georgia Fernandes(georgia@bce.unb.br) on 2009-02-12T17:40:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TESE_2008_JanMendoncaCorrea.pdf: 1697042 bytes, checksum: 1f33d862081703c73ca93cae5ea50d48 (MD5) / Made available in DSpace on 2009-02-12T17:40:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TESE_2008_JanMendoncaCorrea.pdf: 1697042 bytes, checksum: 1f33d862081703c73ca93cae5ea50d48 (MD5) / O alinhamento de seqüências biológicas é uma das operações mais básicas em bioinformática, tendo por objetivo determinar a similaridade entre as seqüências. A solução deste problema envolve geralmente a comparação de seqüências através de programação dinâmica. Este tipo de comparação gera resultados ótimos mas possui complexidade quadrática de tempo, justificando métodos para sua aceleração em hardware como o FPGA. Na presente tese foram projetadas arquiteturas wavefront em FPGA utilizando espaço linear para três diferentes algoritmos. O primeiro algoritmo foi o de Smith-Waterman. Ele foi implementado na forma de um vetor wavefront e foi utilizado na aceleração da fase inicial de um algoritmo de alinhamento. Esta arquitetura foi capaz de recuperar o maior escore e posição em espaço linear. Esta arquitetura foi sintetizada em FPGA e o melhor resultado da arquitetura foi 246,9 vezes mais rápido que em software, demonstrando a utilidade da arquitetura. A seguir, foi projetada uma arquitetura para a recuperação do escore ótimo do algoritmo de programação dinâmica DIALIGN também em espaço linear. Foram obtidos resultados até 383,41 vezes superiores ao programa em software. Para recuperar o alinhamento ótimo no DIALIGN é necessário espaço quadrático. Assim, foi projetada uma variante do DIALIGN capaz de recuperar o alinhamento de duas seqüências em espaço linear. Após a implementação em hardware, os resultados obtidos foram até 141,38 vezes mais rápido que a implementação em software. ______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The alignment of biological sequences is one of the more basic operations in bioinformatics. Its purpose is to find the similarity between sequences. The solution to this problem generally involves sequence comparison through dynamic programming. This kind of comparison yields optimal results but has quadratic time complexity thus justifying its hardware acceleration in FPGA. In this thesis, linear space wavefront architectures were designed in FPGA for three different algorithms. The first algorithm was Smith-Waterman. It was implemented in a wavefront array and utilized to accelerate the initial phase of a sequence alignment algorithm. This architecture was able to retrieve the largest score and its position in linear space. It was synthesized in FPGA and the best result was 246,9 times faster than software, showing the appropriateness of the architecture. Also, an architecture to retrieve the optimal DIALIGN score in linear space was designed. The results were up to 383,41 times better than software. The retrieval of the optimal alignment for DIALIGN needs quadratic space. Therefore, a variant for the DIALIGN dynamic programming algorithm was proposed to retrieve the alignment in linear space. This variant was implemented in hardware and the results were up to 141,38 times faster than the software implementation.