Orientadores: Gonçalo Amarante Guimarães Pereira, Jorge Maurício Costa Mondego / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-22T22:21:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Teixeira_PauloJosePereiraLima_D.pdf: 96794209 bytes, checksum: ecb31f47caf999afd03d8b9da31315f5 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O cacaueiro se destaca como uma das principais culturas perenes na agricultura, sendo economicamente relevante por fornecer a matéria prima para a fabricação do chocolate, um produto que movimenta bilhões de dólares no mercado mundial a cada ano. Apesar de sua importância, o cacaueiro é drasticamente atacado por diversas doenças que diminuem sua produtividade e reduzem a qualidade das amêndoas do cacau. Dentre estas, a vassoura de bruxa, causada pelo basidiomiceto Moniliophthora perniciosa, é um importante fator limitante da produção cacaueira nas Américas. Utilizando tecnologias de sequenciamento de DNA de nova geração, realizamos uma abrangente análise transcriptômica da vassoura de bruxa neste trabalho. Um banco de dados denominado Atlas Transcriptômico da Vassoura de Bruxa foi construído, o qual compreende aproximadamente 60 bibliotecas de RNA-seq representativas dos mais variados estágios de desenvolvimento, condições de crescimento e respostas a estresse do fungo M. perniciosa sob condições in vitro e in planta. O primeiro capítulo desta tese apresenta uma análise global do Atlas Transcriptômico da vassoura de bruxa. Este conjunto de dados tem suportado uma série de estudos específicos relacionados a variados aspectos da doença, os quais são apresentados e detalhados nos demais capítulos da tese. Notavelmente, uma análise detalhada da interação biotrófica entre o cacaueiro e o fungo M. perniciosa (Capítulo II) revelou a ocorrência de intensa reprogramação transcricional e importantes alterações fisiológicas em plantas infectadas, incluindo a ativação de respostas de defesa ineficientes e a ocorrência de privação de carbono. Curiosamente, um processo de senescência prematura se estabelece no tecido infectado e parece ser um evento central no desenvolvimento da doença, possivelmente disparando o início da fase necrotrófica desta interação planta-patógeno. Ainda, nossos dados também permitiram a identificação de potenciais efetores de virulência em M. perniciosa, como também a caracterização do status metabólico do fungo durante a infecção do cacaueiro. Um modelo detalhado que sumariza os aspectos moleculares da vassoura de bruxa foi elaborado. De maneira geral, o Atlas Transcriptômico da Vassoura de Bruxa representa um importante avanço no estudo desta doença e tem servido como ponto de partida para uma série de estudos adicionais. A utilização destes dados na identificação e caracterização de potenciais fatores de patogenicidade de M. perniciosa (Capítulos III, IV e VI) e de mecanismos de defesa do cacaueiro (Capítulo V) também é apresentada nesta tese / Abstract: Cacao stands out as one of the major perennial crops in the world, being economically relevant as the source of chocolate, a multi-billion dollar product appreciated worldwide. Despite its importance, cacao is seriously affected by several diseases that reduce crop yield and decrease the quality of cocoa beans. Among them, the witches' broom disease (WBD), caused by the basidiomycete Moniliophthora perniciosa, is a major constraint for cacao production in the Americas. Using next generation sequencing technologies, a comprehensive transcriptomic analysis of WBD was performed. We developed a database named "WBD Transcriptome Atlas", which comprises approximately 60 RNA-seq libraries that represent a wide range of developmental stages, growth conditions and stress responses of the fungus, either under in vitro or in planta conditions. The first chapter of this thesis presents a global analysis of the WBD Transcriptome Atlas. This data set has supported a number of specific analyses related to several aspects of WBD, which are presented and detailed in the other chapters of the thesis. Strikingly, a detailed analysis of the biotrophic interaction between M. perniciosa and cacao (Chapter I) revealed the occurrence of intense transcriptional reprogramming and remarkable physiological alterations in infected plants, including the activation of ineffective defense responses and the occurrence of carbon deprivation. Curiously, a premature senescence process is established in infected tissues and appears to be a central event in WBD, possibly triggering the onset of the necrotrophic stage of this plant-pathogen interaction. Additionally, our data also allowed the identification of potential virulence effectors in M. perniciosa, as well as the characterization of the metabolic status of the fungus during cacao infection. A detailed model summarizing the molecular aspects of WBD is presented. Overall, the WBD Transcriptome Atlas represents an important advance in the study of this disease and constitutes a starting point for a number of additional studies. The use of these data in the identification and characterization of potential pathogenicity factors of M. perniciosa (Chapters III, IV and VI) and defense mechanisms of cacao (Chapter V) will also be presented in this thesis / Doutorado / Genetica de Microorganismos / Doutor em Genetica e Biologia Molecular

Orientador: Gonçalo Amarante Guimarães Pereira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-21T15:05:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Almeida_GustavoPereirade_M.pdf: 7665145 bytes, checksum: 3fef8dc5d333834f8117015fea3b10ef (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A produção de energia por meio de fontes renováveis é uma exigência atual para se atingir uma economia sustentável. Os organismos fotossintetizantes surgem nesse contexto como ferramentas importantes na produção de compostos carbônicos ricos em energia, com destaque para microalgas em que tais compostos podem atingir até 80% do peso seco. Entretanto, um fator ainda desfavorável para sua utilização é o seu baixo rendimento na produção de biomassa. A espécie Chlamydomonas reinhardtii, por exemplo, é capaz de duplicar apenas algumas vezes durante 24 horas. As vias que controlam o crescimento celular, portanto, são alvos promissores para modificação genética. Dentre essas vias, à via de sinalização sensível à rapamicina aparece como um controlador central. Com o intuito de entender melhor como esse controle é exercido ao nível da expressão gênica global, foi utilizado a ferramenta de sequenciamento de RNA em larga escala para obtenção dos transcriptomas de culturas (sincronizadas) sob inibição dessa via e na condição controle, em oito momentos ao longo de um ciclo celular de 24h. O controle exercido por essa via sobre o metabolismo e sobre o ciclo celular foi o foco das análises. Foi encontrado que a inibição da via da TOR é capaz de gerar uma resposta de direcionamento parcial do metabolismo para a produção de TAG em detrimento de moléculas complexas como proteínas. Esse direcionamento foi considerado parcial devido à ocorrência concomitante de reações catabólicas. Outros dados obtidos sugerem que a via da TOR, além de regular o metabolismo de uma maneira geral e diversas funções celulares, também exerce influência sobre o progresso do ciclo celular e sua inibição resulta no atraso do desenvolvimento das fases do ciclo. Diversos fatores reguladores da transcrição envolvidos no desenvolvimento, no crescimento e na regulação do ciclo celular, foram encontrados diferencialmente expressos e constituem possíveis genes chave no controle do crescimento. Eles representam alvos em potencial para modificação genética com intuito de otimizar as taxas de crescimento na primeira etapa do sistema de produção. Na busca de alternativas aos processos atuais de indução do acúmulo de cadeias carbônicas, os efeitos da combinação rapamicina e via da TOR representam uma abordagem interessante para pesquisas futuras para viabilização da utilização de microalgas como fonte de energia. Este estudo possibilitou um melhor entendimento da atuação da via da TOR no crescimento e progresso do ciclo celular em C. reinhardtii ao nível de expressão gênica / Abstract: The energy production through renewable sources is an actual demand for achieving a sustainable economy. In this context, photosynthesizing organisms come to light as important tools for the production of energy-rich carbonic compounds, especially the microalgae, in which these compounds can reach up to 80% of the dry weight. However, an unfavorable factor for its utilization is the low yield of biomass production. The species Chlamydomonas reinhardtii, for instance, is capable of achieving only some duplication after 24 hours. The pathways that control cell growth are therefore promising targets for genetic modification. Among them, the rapamycin-sensitive signaling pathway emerges as a central controller. With the aim of better understanding how this control is fulfilled by the means of global gene expression, the high throughput RNA sequencing technology was used. With it, the synchronized cultures transcriptome under the inhibition of this pathway and in the control condition, of eight points during a cellular cycle of 24 hours, were obtained. The metabolism and the cell cycle control by the TOR pathway was the main focus of the analysis. It was found that the inhibition of this pathway is capable to partially draw the metabolism towards TAG production to the detriment of producing more complex chains as proteins. This directing was considered partial due to the concomitant occurrence of catabolic reactions. Other data suggested that the TOR pathway, apart from the metabolism regulation in a general way and regulation of many other cellular functions, also influence the cell cycle progression and its inhibition retards the development of cell phases. Several transcription regulators involved in development, growth and cell cycle regulation were found out to be differentially expressed and are likely to constitute key genes in growth control. They represent potential targets for genetic modification aiming the optimization of growth rate in the first step of the production system. In the search for alternatives to the current process of inducing carbon chain accumulation, the effects of the combination between rapamycin and TOR pathway represent an interesting approach for future research intending to turn the utilization of microalgae as an energy source into a feasible option. This study enabled a better understanding of the role of the TOR pathway in growth and cell cycle progression of C. reinhardtii at the level of gene expression / Mestrado / Genetica de Microorganismos / Mestre em Genética e Biologia Molecular

Submitted by Gabriela Lopes (gmachadolopesufpel@gmail.com) on 2016-09-14T16:53:36Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) analise_transcriptoma_arroz_estresse_frio.pdf: 1983607 bytes, checksum: 89744effdc48619cef6643fb7d1e353c (MD5) / Approved for entry into archive by Aline Batista (alinehb.ufpel@gmail.com) on 2016-09-14T18:17:57Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) analise_transcriptoma_arroz_estresse_frio.pdf: 1983607 bytes, checksum: 89744effdc48619cef6643fb7d1e353c (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-14T18:17:57Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) analise_transcriptoma_arroz_estresse_frio.pdf: 1983607 bytes, checksum: 89744effdc48619cef6643fb7d1e353c (MD5) Previous issue date: 2014-03-06 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / O estresse por frio pode trazer prejuízos econômicos significativos em diversas fases do ciclo da cultura do arroz. Em arroz (Oryza sativa L.), há grande variabilidade genética para tolerância ao frio sendo a subespécie japonica considerada tolerante e a subespécie indica considerada sensível. Foi realizado sequenciamento de RNA (RNA-Seq) visando identificar genes diferencialmente expressos entre os genótipos BRS Atalanta (indica) (A), Nipponbare (japonica) (N) e bulks formados por RILs (Linhas endogâmicas recombinantes) provenientes do cruzamento entre elas. Bulks (B) com as 15 RILs mais próximas a cada genitor (BA e BN) foram formados com base em dados de genotipagem. As plântulas, tanto da condição tratamento quanto da condição controle, permaneceram por 7d a 28°C. Para análise do transcritoma, as plântulas da condição tratamento (T) foram expostas ao frio numa temperatura de 13°C por 24h e as plantas da condição controle (C) permaneceram mais 24h a 28°C. Após este período foi realizada a coleta das plântulas, extração de RNA total, síntese de cDNA e preparo das bibliotecas para sequenciamento (RNA-Seq). Este foi realizado em sequenciador HiSeq 2000, sendo as reads de 100b single-end. Diversas combinações foram analisadas para obter o número de genes diferencialmente expressos envolvendo as condições BRS Atalanta (controle e tratamento), Nipponbare (controle e tratamento), bulk de RILs mais próximos a cultivar BRS Atalanta (controle e tratamento) e bulk de RILs mais próximos ao genótipo Nipponbare (controle e tratamento). Um número significativo de genes mostra-se diferencialmente expressos em cada condição, sendo de modo geral mais genes estão subexpressos do que superexpressos, exceto para as condições AC x BAC, AT x BAT e NT x BNT. Um dendrograma usando as distâncias de Jensen-Shannon mostra a formação de dois ramos sendo que num deles está a cultivar BRS Atalanta e os bulks formados por sua semelhança genotípica com esta cultivar. No outro ramo estão o genótipo Nipponbare e os bulks formados pela semelhança com o genitor. Genes pertencentes a diversas famílias de fatores de transcrição estão diferencialmente expressos nas diferentes combinações, sendo que para grande parte destas famílias já foi demonstrada sua participação na resposta ao estresse por frio. As conclusões deste trabalho indicam que o número de genes diferencialmente expressos (log2-fold-change ≥ |1.5|) varia grandemente entre as combinações, apresentando como limite superior 1481 genes subexpressos na combinação BNC x BAC e 1017 genes superexpressos em NT x AT, e seis genes subexpressos na combinação NT x BNT e cinco genes superexpressos na combinação NC x BNC. As combinações analisadas mostram a expressão diferencial de um grande número de famílias de fatores de transcrição, muitas delas já descritas como responsivas ao estresse por frio, que apresentam um padrão difuso de expressão entre as subespécies indica e japonica. / Chilling stress can cause significant economic losses in different phases of the cycle of rice. There are a wide of genetic variability for cold tolerance in rice (Oryza sativa L.), japonica subspecies is considered tolerant and subspecies indica is considered sensitive. RNA sequencing (RNA-Seq) was performed to identify differentially expressed genes among the cultivar BRS Atalanta (indica) (A), Nipponbare (japonica) (N) and bulks composed by RILs from crosses between them. Bulks (B) with the 15 closest RILs to each parent (BA and BN) RILs were composed based on SNPs-genotyping data. To analyze the transcriptome, plants of the treatment condition (T), 7d after imbibition were exposed to a chilling temperature of 13°C per 24h and plants of the control condition (C) remained 24h more at 28°C. After this time was performed the collection of seedlings, total RNA extraction, cDNA synthesis and preparation of libraries for sequencing (RNA-Seq) in a HiSeq 2000 sequencer, with 100bp single-end reads. Several combinations were analyzed to obtain the number of differentially expressed genes involving BRS Atalanta conditions (control and treatment), Nipponbare (control and treatment), bulk of RILs closest to BRS Atalanta – BA (control and treatment) and bulks of RILs closest to the cultivar Nipponbare - BN (control and treatment). A significant number of differentially expressed genes are shown in each condition, being generally founded more downregulated than up-regulated genes, except for the combinations AC x AT x NT x BAT and BAC x BNT. A dendrogram using the Jensen-Shannon distance shows the formation of two branches of which one is composed by BRS Atlanta cultivar and the bulks composed by the genotypic similarity with this cultivar. In the other branch is the cultivar Nipponbare and the bulks composed by similarity with the parent. Several differentially expressed genes from transcription factors families are present in different combinations, and for many of these families has been demonstrated its involvement in the response to chilling stress. The conclusions of this study indicate that the number of differentially expressed genes (log2 fold-change ≥ |1.5|) greatly changed between combinations, with an upper limit of 1481 down-regulated genes in the combination BAC x BNC and 1017 up-regulated genes in the combination NT x AT, six genes are up-regulate in the combination NT x BNT and five genes are upregulated in NC x BNC combination. The combinations analyzed showed differential expression of a large number of families of transcription factors, many of which have been described as responsive to cold stress, showing a diffuse pattern of expression between indica and japonica groups.

Orientador: Gonçalo Amarante Guimarães Pereira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-22T08:42:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tizei_PedroAugustoGalvao_M.pdf: 2670317 bytes, checksum: edbc1214fe54dca40dc54a503a4d4c85 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A produção fermentativa de etanol a partir de substratos chamados de "primeira geração", como cana-de-açúcar e amido de milho, já atingiu níveis muito elevados de eficiência. As linhagens industriais utilizadas nestes processos já são adaptadas ao ambiente industrial e possuem características que dificultam o melhoramento por engenharia genética tradicional. Duas abordagens inovadoras foram utilizadas para buscar processos fermentativos mais eficientes: o uso de reatores bioelétricos para alterar os produtos da fermentação e um ensaio de engenharia evolutiva para otimizar fenótipos heterólogos. Foram feitas fermentações bioelétricas com Saccharomyces cerevisiae, obtendo aumentos de produtividade de etanol, sem alterar o rendimento final, e também mudanças nas proporções dos subprodutos glicerol e acetato. Uma resposta distinta foi observada para uma linhagem industrial cultivada nas mesmas condições. Foram realizadas análises de expressão gênica global de linhagens de laboratório e industrial fermentando sob estímulo bioelétrico. Não foram observadas alterações na via fermentativa, mas houve variações grandes na expressão de genes relacionados a outros aspectos da fisiologia da levedura, como genes para síntese de lipídios de membrana e genes desconhecidos ou com funções aparentemente não-relacionadas ao processo fermentativo. Também foi evidente uma resposta global diferente entre as duas linhagens. Foi estabelecido um método automatizado para ensaios de engenharia evolutiva, que permitiu a seleção de linhagens por crescimento em celobiose. Utilizando apenas a variabilidade presente no genoma de uma linhagem industrial diplóide, foi possível obter linhagens haplóides com desempenho superior à linhagem parental. Portanto, esta estratégia pode ser viável para se obter fenótipos superiores utilizando linhagens distantes de S. cerevisiae / Abstract: Fermentative ethanol production from substrates known as "first generation", such as sugar cane and corn starch, has reached very high levels of efficiency. The industrial strains used in these processes are already adapted to the industrial environment and possess characteristics that hinder further improvement by traditional genetic engineering. Two innovative approaches were used to seek more efficient fermentation processes: the use of bioelectric reactors to alter fermentation products and an evolutionary engineering assay to optimize heterologous phenotypes. Bioelectric fermentations were carried out with Saccharomyces cerevisiae, obtaining increases in ethanol productivity, without changing the final yield, and also changes in the proportions of byproducts glycerol and acetate. A distinct response was observed for an industrial strain cultivated under the same conditions. Global gene expression analyses were carried out for a laboratory and industrial strain under bioelectric stimulus. No changes were observed for the fermentative pathway, but there were large variations in expression for genes related to other aspects of yeast physiology, such as membrane lipid synthesis and unknown genes or genes with functions that are apparently unrelated to the fermentation process. A difference in the global response for the two strains was also evident. An automated method for evolutionary engineering assays was established, which allowed the selection of strains by growth on cellobiose. Using only the genetic variability present within the genome of a diploid industrial strain, it was possible to obtain haploid strains with superior growth rate when compared to the parental strain. Therefore, this strategy may be viable for obtaining superior phenotypes using distant strains of S. cerevisiae / Mestrado / Genetica de Microorganismos / Mestre em Genética e Biologia Molecular

O splicing alternativo é um processo no qual moléculas idênticas de pré-mRNA são processadas de diferentes formas. Ele é fundamental em organismos complexos, pois é responsável por criar uma ampla diversidade de proteínas a partir de um número relativamente pequeno de genes. Contudo, poucas proteínas advindas do splicing alternativo já foram identificadas, visto que a maioria dos espectros de espectrometria de massa em tandem (MS/MS) não encontra sequências correspondentes nos diversos bancos de dados de proteínas disponíveis. Entre diversos fatores, isso ocorre porque um número reduzido de eventos de splicing alternativo (ASEs) são conhecidos e devidamente estudados. Nesse trabalho, o espectro de eventos observáveis foi ampliado por meio da análise de eventos complexos de splicing alternativo (CASEs), que consideram múltiplos ASEs em um ou diferentes transcritos. Foi desenvolvido um novo método de análise utilizando expressões regulares (regexes) associada a uma sintaxe baseada em caracteres intuitivos. O método de análise e a sintaxe foram implementados em uma ferramenta web denominada de SPLOOCE (http://www.bioinformatics-brazil.org/splooce) que também apresenta ferramentas extras de análise. Adicionalmente, os subestimados eventos do tipo retenção de íntron (IR) foram explorados em busca de evidências funcionais por meio de análises de MS/MS. Como resultado, eventos bastante incomuns foram observados no proteoma humano, sugerindo que muito pouco ainda é conhecido sobre a complexidade transcriptômica e proteômica humana. Portanto, com base nesses dados, esse trabalho representa um grande avanço no estudo de fenômenos de splicing alternativo ainda pouco explorados. / Alternative splicing is defined, basically, as a process in which identical pre-mRNA molecules are processed in different ways in terms of usage of exon/introns borders. It is a fundamental process in complex organisms, and is responsible for creating a large diversity of proteins from a relatively small number of genes. However, just a few proteins resulted from alternative splicing were already identified, since only a small part of \\emph mass spectrometry (MS/MS) spetras match proteins in sequence databases. Among different factors, it occurs because a reduced number of alternative splicing events (ASEs) are known and properly studied. In this work, the landscape of observable events was amplified through the analysis of complex alternative splicing events (CASEs), which consider different ASEs within the same or different transcripts. A method of analysis was developed using regular expressions (regexes) associated with a syntax composed of intuitive characters. Those features were implemented in a web tool called SPLOOCE (http://www.bioinformatics-brazil.org/splooce) that also has extra analysis tools.Furthermore, the understudied events known as intron retention (IR) were explored using MS/MS analyses as a strategy to identify functional roles. As result, very uncommon events were observed in human proteome, suggesting that little is currently known about the complexity of the human proteome and transcriptome. Based on those data, it can be concluded that this work represents a significant advance in the study of uncommon and understudied alternative splicing events.

A análise química do extrato bruto de esponja marinha é um método clássico de descoberta de novas drogas. Metabólitos secundários e peptídeos são geralmente os resultados neste tipo de pesquisa, utilizando diferentes e consecutivos protocolos de purificação. Neste estudo de uma amostra de extrato aquoso esponja separada numa coluna Sephadex®-G25 foi purificado por HPLC, numa tentativa de isolar uma única molécula. Com uma base de dados de RNA e a análise in silico espera-se que o RNAm pode ser relacionado com a molécula precursora do composto bioativo ou mesmo o seu gene. A dissociação de células a partir da matriz da esponja é um método importante para a extração de RNA optimizado em quantidade e qualidade. Frações extrato bruto do organismo e dados de RNAm a partir de células isoladas da esponja podem ser comparados por uma abordagem de comparação dos dados. Ensaios de MTS foram utilizados para analisar a bioatividade e microscopia confocal foi a principal ferramenta para examinar os danos em células tumorais (T47D). / The chemical analysis of sea sponge crude extract is a classic method in drug discovery. Secondary metabolites and peptides are usually the results in this type of research using different and consecutives purification protocols. In this study a sample of sponge aqueous extract separated in a sephadex-G25 column was purified by HPLC in an attempt to isolate a single molecule. With a RNA databank and in silico analysis is expected that the mRNA may be related with the precursor molecule of the bioactive compound or even its gene. The dissociation of cells from the sponge matrix was an important method to the optimized RNA extraction in quantity and quality. Crude extract fractions of the organism and mRNA data from sponge-isolated cells were obtained to a next step cross-data approach. MTS assays were used to analyze the bioactivity and confocal microscopy was the main tool to scan the damage in tumor cells (T47D).

Rickettsia rickettsii é o agente etiológico da febre maculosa das Montanhas Rochosas, a mais letal dentre as riquetsioses que acometem o homem. A principal espécie de carrapato-vetor de R. rickettsii na área metropolitana da cidade de São Paulo é Amblyomma aureolatum. Quando um carrapato em jejum no solo encontra um hospedeiro vertebrado e inicia a alimentação sanguínea, R. rickettsii é exposta a uma elevação da temperatura e aos componentes da refeição sanguínea. Ambos os estímulos foram previamente associados à reativação da virulência da bactéria em carrapatos, porém, os fatores responsáveis por essa conversão do fenótipo avirulento em virulento não foram completamente elucidados até o momento. Dessa forma, o presente trabalho teve como objetivo determinar os efeitos desses dois estímulos ambientais sobre o perfil de expressão gênica dessa bactéria durante a infecção de A. aureolatum. Inicialmente, estabelecemos um sistema de propagação de riquétsias para obter material genético suficiente para a padronização dos procedimentos de preparação de amostras para os experimentos de microarranjos. Para tal, estabelecemos, pela primeira vez, a infecção de uma cepa patogênica brasileira de R. rickettsii em células embrionárias do carrapato Rhipicephalus (Boophilus) microplus (BME26). Através da utilização de microarranjos de oligonucleotídeos customizados, analisamos os efeitos da elevação da temperatura em 10°C e da alimentação sanguínea sobre o perfil transcricional da bactéria infectando o conjunto de órgãos de fêmeas de A. aureolatum. Esse é o primeiro estudo da expressão gênica global de uma bactéria do gênero Rickettsia infectando um carrapato-vetor natural. Apesar de ambos os estímulos terem promovido um aumento da carga bacteriana, a alimentação sanguínea teve um efeito maior, também modulando cinco vezes mais genes que a elevação da temperatura. Dentre os genes induzidos, alguns codificam fatores de virulência, tais como componentes do sistema de secreção do tipo IV (T4SS), sugerindo que esse importante sistema de secreção bacteriano seja utilizado para secretar efetores durante a ingestão de sangue pelo carrapato. Através de análises in silico de domínios conservados das proteínas hipotéticas, identificamos outros componentes do T4SS de R. rickettsii ainda não descritos na literatura. A alimentação sanguínea também induziu a expressão de genes codificadores de enzimas antioxidantes, o que pode corresponder a uma tentativa de R. rickettsii de se proteger contra os efeitos deletérios de radicais livres produzidos pelos carrapatos alimentados. Por fim, analisamos a transcrição de uma seleção de genes de R. rickettsii em glândulas salivares e intestinos de carrapatos machos e fêmeas através de RT-qPCR microfluídica. Os resultados mostraram que a elevação da temperatura e a alimentação modulam um conjunto específico de genes em cada tecido analisado, tendo sido possível definirem-se assinaturas transcricionais tecido-específicas. Os genes diferencialmente expressos identificados neste estudo devem ser caracterizados funcionalmente, podendo ser considerados como futuros alvos para o desenvolvimento de vacinas. / Rickettsia rickettsii is the causative agent of Rocky Mountain Spotted Fever, which is the most lethal spotted fever rickettsiosis that affects humans. The main tick species that transmits R. rickettsii in the metropolitan area of São Paulos city is Amblyomma aureolatum. When an infected and starving tick begins blood feeding from a vertebrate host, R. rickettsii is exposed to a temperature elevation and to components in the blood meal. These two environmental stimuli have been previously associated with the reactivation of rickettsial virulence in ticks, but the factors responsible for this phenotype conversion have not been completely elucidated. The main aim of the present work was to determine the effects of these two environmental stimuli on the R. rickettsii transcriptional profile during A. aureolatum infection. We initially established an effective system for rickettsia propagation to generate a substantial quantity of genetic material for microarray standardization. For that, for the first time, we established an in vitro infection of the virulent Brazilian R. rickettsii strain in the BME26 tick embryonic cell line from Rhipicephalus (Boophilus) microplus. Using customized oligonucleotide microarrays, we analyzed the effects of a 10°C temperature elevation and a blood meal on the transcriptional profile of R. rickettsii infecting whole organs of Amblyomma aureolatum female ticks. This is the first bacterial transcriptome study of the Rickettsia genus when infecting a natural tick vector. Although both stimuli significantly increased the bacterial load, blood feeding had a greater effect, also modulating five-fold more genes than the temperature upshift. Among the genes induced by blood-feeding, some encode virulence factors, such as Type IV Secretion System (T4SS) components, suggesting that this important bacterial transport system is used to secrete effectors during the acquisition of the blood meal by the tick. Using an in silico conserved domain analysis of hypothetical proteins, we identified additional T4SS components of R. rickettsii that were never previously described. Blood-feeding also up-regulated the expression of antioxidant enzymes, which might correspond to an attempt by R. rickettsii to protect itself against the deleterious effects of free radicals produced by fed ticks. Finally, we studied the transcriptional profile of selected genes of R. rickettsii on the salivary glands and midguts of male and female ticks by microfluidic RT-qPCR. Results showed that temperature upshift and blood feeding modulate specific sets of genes in each tissue, allowing for the establishment of a tissue-specific transcriptional signature. The modulated genes identified in this study require further functional analysis and may have potential as future targets for vaccine development.

A função e a arquitetura dos genes está começando a ser elucidada a partir do estudo de genomas completos tanto de procariotos como de eucariotos. Diversos estudos foram ultimamente realizados a respeito de exon shuffling do ponto de vista evolutivo, fenômeno relacionado à origem de novos genes através de recombinações de DNA mediadas por introns. Apesar de eventos de exon shuffling serem responsáveis pelo aumento da modularidade gênica, outros processos foram desenvolvidos ao longo da evolução para que houvesse o aumento da diversidade do proteoma sem a conseqüente expansão dos genomas, sendo splicing alternativo um dos mais freqüentes. Apresentamos nesta dissertação duas extensivas análises: 1) a análise de uma base de dados de genes eucarióticos contendo pelo menos um intron que apresentou excesso de introns de fase 0 e exons simétricos, dados que suportam exon shuffling como um importante mecanismo de evolução gênica. Avaliamos também a confiabilidade de introns preditos por programas de computador através de alinhamento de ESTs; e 2) a análise do uso alternativo de exons (UAE), um tipo de splicing alternativo, em transcritos humanos detectando que cerca de 51% dos genes humanos possuem mais de uma variante de splicing e que este tipo de processamento pós-transcricional parece ser mais freqüentemente encontrado em tecidos tumorais. / Abstract not available.

A cana-de-açúcar é uma gramínea C4 cuja principal característica é o acúmulo de altas concentrações de sacarose no colmo. As variedades comerciais são derivadas de cruzamentos de S. officinarum, que possui colmos grossos com alto teor de açúcar, e S. spontaneum, que apresenta colmos finos, fibrosos, com baixo teor de açúcar, mas com maior perfilhamento e resistência a estresses. O desenvolvimento da tecnologia do bioetanol celulósico, no qual o bagaço é utilizado para produção de bioetanol, tem gerado o interesse no desenvolvimento da cana energia, que possui mais fibra e biomassa, porém menos sacarose. Para isso, é importante o entendimento das vias regulatórias de biossíntese de parede celular, principal constituinte da biomassa vegetal. Ainda, as variedades comerciais possuem uma base genética estreita, que pode ser um dos fatores responsáveis pela diminuição dos ganhos de produtividade que vem sendo observada a cada variedade lançada. Isso mostra a importância de se voltar aos genótipos ancestrais para identificar genes que possam ser importantes para o melhoramento da cana-de-açúcar, incluindo o desenvolvimento da cana energia. Assim, o presente trabalho analisou o transcriptoma de três genótipos ancestrais e dois híbridos comerciais, juntamente com a caracterização de dados morfo-fisiológicos. Essa abordagem permitiu ligar padrões de expressão gênica aos fenótipos e identificar genes e vias regulatórias que estão possivelmente relacionadas aos mecanismos que determinam características como produtividade, acúmulo de sacarose e lignina, principalmente genes de regulação da estrutura da cromatina, metabolismo de parede celular e algumas famílias de fatores de transcrição. A expressão desses genes apresentou maior correlação com acúmulo de sacarose do que a expressão dos próprios genes do metabolismo de sacarose. S. spontaneum foi o genótipo que apresentou perfil de expressão e fenótipos mais distintos, mostrando um potencial biotecnológico para produção de biomassa. A integração dos resultados sugere que o acúmulo de sacarose compete com o de lignina e que o controle do crescimento em entrenós mais jovens pode ser importante para a maior produtividade. Também foram construídas bibliotecas de cDNA full length e estas apresentaram 90% de insertos completos. O sequenciamento dessas bibliotecas revelou uma grande quantidade de transcritos novos e específicos do gênero Saccharum, juntamente com um número significativo de transcritos antissense e milhares de genes diferencialmente expressos que podem estar associados, principalmente, às diferenças de resistência a estresses de S. officinarum e S. spontaneum. Essas bibliotecas fornecem uma grande plataforma para estudos posteriores para descoberta de polimorfismos, splicing alternativo e alelos que possam ser importantes nas características dos genótipos. Ainda, foram identificadas sequências promotoras de genes do metabolismo de parede celular e de alguns candidatos a estarem envolvidos nesse processo; vários apresentaram sítios de ligação conservados responsivos a fatores de transcrição da biossíntese de parede celular, mas algumas diferenças importantes foram identificadas, evidenciando divergências evolutivas entre cana-de-açúcar e outras espécies. Nossos dados mostram-se importantes por avançar no entendimento das vias envolvidas no metabolismo de parede celular em cana-de-açúcar assim como por caracterizar parte da variabilidade dos genótipos ancestrais. / Sugarcane is C4 grass whose main characteristic is the accumulation of high concentrations of sucrose in its stem. Commercial varieties are derived from crosses between S. officinarum, which has thick culms with high sugar content, and S. spontaneum, which has thin fibrous culms, with low sugar content, but presents high tillering and stress tolerance. The development of cellulosic bioethanol technology, on which the bagasse is used to produce bioethanol, has raised the interest to produce the energy cane, which has high fiber content and biomass yield instead of sucrose. For this purpose, it is important to obtain knowledge on the regulatory pathways of the biosynthesis of the cell wall, the main component of plant biomass. Still, commercial varieties have a narrow genetic basis and this could be one of the reasons for the reduction on yield gains that has been noticed for new varieties released. This shows the importance to return to ancestor genotypes to identify genes that might be important for sugarcane improvement, as well as for energy cane development. The present work analyzed the transcriptome of three ancestor genotypes and two commercial hybrids, together with the characterization of morphophysiological traits. This approach allowed us to link gene expression pattern and phenotypes to identify genes and regulatory pathways that might be related to the mechanisms determining traits, such as yield, sugar and lignin content, especially genes related to chromatin structure regulation, cell wall metabolism and some transcription factors families. The expression of those genes showed a greater correlation to sucrose content than expression of sucrose metabolism genes itself. S. spontaneum is the genotype with the most distinct expression profile and phenotype, showing a biotechnological potential for biomass production. The integration of the results suggests that sucrose accumulation competes with lignin and the control of growth in younger internodes might be important in determining higher yield. In addition, full length cDNA library has been constructed and they showed 90% full length inserts confirmed. High-throughput sequencing revealed a large number of new and specific Saccharum transcripts, as well as a significant number of antisense transcripts and thousands of differentially expressed genes that might be related to, especially, the differences of stress tolerance of S. officinarum and S. spontaneum. These libraries provide a large platform for future studies to discover polymorphisms, splicing variants and alleles that might be important to genotype\'s traits. We also identify promoter sequences from cell wall-related genes and some candidates to be involved in this process; several of them showed conserved binding sites responsive to cell wall-related transcription factors, however, some differences were also identified, showing an evolutionary divergence among sugarcane and other species. Our data are important for advancing knowledge on cell wall-related pathways in sugarcane as well as for the characterization of genetic variability of ancestor genotypes.

Bothrops jararaca é uma das principais serpentes responsáveis por acidentes ofídicos em São Paulo. O efeito do envenenamento pode ser local ou sistêmico, os quais são mediados por uma variedade de componentes do veneno. Considerando que, em animais vertebrados, o fígado desempenha atividades metabólicas essenciais, além de ser o principal órgão responsável pela síntese de proteínas do plasma, a obtenção do transcriptoma deste é de extrema importância para o estudo destas proteínas. Assim, o objetivo deste trabalho foi analisar o perfil de expressão de RNA no fígado de B. jararaca. Para isto foram obtidas 1700 sequências nucleotídicas denominadas Expressed Sequences Tags (ESTs). As sequências de nucleotídeos foram reunidas em 260 contigs, que foram submetidos ao banco de dados NCBI GenBank usando os algorítimos Blastx e Blastn. dos transcritos tiveram hit com banco de dados NR enquanto 30,5% das ESTs não tiveram homologia. De acordo com a análise do Gene Ontology (GO), os transcritos foram designados para processo biológico, componente celular e função molecular. A maioria dos transcritos foram agrupados em processo biológico, distribuídos em processo metabólico, processo celular e regulação biológica. No entanto, as atividades de ligação proteica, catalítica e de atividade regulatória enzimática foram as principais categorias relacionadas à função molecular. A análise do componente celular apresentou maior número de transcritos envolvidos com a parte celular, região extracelular e restrito a membrana de organela. O maior grupo de transcritos foi relacionado a inibidores de metaloproteases, inibidores de serinoproteases e inibidores de PLA2. Estudos de expressão gênica de alguns alvos selecionados na biblioteca de cDNA de B. jararaca foram realizados para comparação da expressão entre serpentes jovens e adultas. Esses resultados fornecem dados que poderão auxiliar nos estudos filogenéticos entre as diferentes espécies de serpentes e investigar a diferença no padrão da expressão gênica, fornecendo dados importantes sobre a biologia desses animais, contribuindo assim para a elucidação da fisiologia desses animais. Além disso, será útil na identificação de moléculas que possam ser candidatas a alvos terapêuticos. / Bothrops jararaca is the main responsible for snake bites in São Paulo. There are both local and systemic envenomation effects, which are mediated by a variety of venom components. Considering that in vertebrate animals the liver is an important organ responsible for synthesis of plasma proteins, it would be valuable to get transcriptomic information about it. Thus, the aim of this work was to analyze expression profile at RNA level in B. jararaca liver. For this purpose, we sequenced 1700 Expressed Sequence Tags (ESTs) from a cDNA library of B. jararaca liver. Nucleotide sequences were assembled into 260 contigs, which were submitted to the GenBank NCBI database using BLASTX and BLASTN algorithms. Transcripts showed 43% hits with NR database while 30.5% of ESTs had no homology. According to Gene ontology (GO) analysis, transcripts were assigned for biological process, cellular component and molecular function. Majority of transcripts were classified in biological process category distributed in metabolic process, cellular processes and biological regulation, whereas binding and catalytic activities were the main category in molecular function. Cellular component analysis identified transcripts related to cell part, extracellular region and membrane-bounded organelle. The major group of transcripts was related to metalloproteinase inhibitors, followed by serine proteinase inhibitors and phospholipase A2 inhibitors. Studies of gene expression of some selected targets in the cDNA library of B. jararaca, by real time PCR were performed to compare expression in juvenile and adult snake specimens. Our results will help in studies of phylogenetic relationships between different snake species, and investigate differences in gene expression pattern. In addition, our findings are also helpful in the identification of active compounds for development of improved therapeutics for snake bites.