This thesis presents a more in-depth understanding of the interaction between the pathogenic fungus Sporisorium scitamineum and sugarcane, a disease known as \"cane smut\". The development of a long structure like a \"whip\" from the meristem of infected plants is the main characteristic of the disease, allowing the effective dispersion of teliospores in the field. Infected plants have a reduced sucrose content and juice quality, leading to considerable economic losses. In the first chapter, the gene expression profile of the pathogen during its development in planta - in the first moments of infection and after the emission of the whip - and in vitro was evaluated using the RNAseq technique. Were analyzed genes preferentially expressed in each condition, differentially expressed in comparison to its growth in vitro, and expressed only during interaction. The results allowed the identification of some potential pathogenicity mechanisms, active effectors and gene clusters expressed only during interaction. In the second chapter, the transient expression technique was used to determine the target cell compartment of some of the candidate effectors and to establish a viable protocol for the study of S. scitamineum proteins. The four putatively secreted genes most expressed during the initial moments of the interaction were fused to the gene encoding the fluorescent green protein (Citrine) and expressed in Nicotiana benthamiana. The results of confocal microscopy and westernblots indicated an accumulation of each candidate protein in the membrane, cytosol and/or nucleus, in addition to the occurrence of post-translational modifications. These data offer new study opportunities for the identification of plant proteins that interact with such effectors. In the third chapter, the transcriptional responses of sugarcane in the first moments of a compatible interaction and after the development of the whip were analyzed using again the data obtained from the dual RNAseq cane-smut. Among the main responses, was identified an increase in MADS-type transcription factors expression, indicating that the whip development may use a route similar to flowering, whose signaling seems to start as early as the colonization. In addition, whip development is accompanied by increased transcription of genes involved in energetic pathways, and hormones synthesis and signaling pathways. Genes encoding RGAs were differentially expressed and may be related to pathogen effector\'s recognition. In the fourth chapter, the metabolic profile of sugarcane was evaluated during disease progression, confirming that in the meristem of infected plants carbon allocation is channeled to energetic pathways, besides the regulation of several amino acids and changes in plant cell composition in response to whip development. Metabolomics approach also allowed the identification of a probable mycotoxin derived from S. scitamineum. The results obtained in this study contributed to increase the understanding of the interaction between S. scitamineum and sugarcane that is characterized by high complexity and specialization to the host, and can be used in a way to help the characterization of resistant varieties and contribute to the improvement of sugarcane with resistance to smut. / Esta tese apresenta uma compreensão mais aprofundada da interação entre o fungo patogênico Sporisorium scitamineum e a cana-de-açúcar, doença conhecida como \"carvão da cana\". O desenvolvimento de uma longa estrutura similar a um \"chicote\" a partir do meristema de plantas infectadas é a principal característica da doença, permitindo a efetiva dispersão dos teliósporos no campo. As plantas doentes apresentam um teor reduzido de sacarose e qualidade do sumo, levando a perdas econômicas consideráveis. No primeiro capítulo, o perfil de expressão gênica do patógeno durante o seu desenvolvimento in planta - nos primeiros momentos da infecção e após a emissão do chicote - e in vitro foi avaliado utilizando a técnica RNA-Seq. Foram analisados os genes preferencialmente expressos em cada condição, diferencialmente expressos em relação ao crescimento em meio de cultura, ou expressos apenas durante a interação. Os resultados permitiram a elaboração de hipóteses sobre os mecanismos de patogenicidade, sobre os genes candidatos a efetores ativos e a identificação de agrupamentos de genes expressos apenas durante a interação. No segundo capítulo, para determinar o compartimento celular alvo de alguns dos efetores candidatos e estabelecer um protocolo viável para o estudo de proteínas de S. scitamineum foi utilizada a técnica de expressão transiente. Os quatro genes mais expressos durante os momentos iniciais da interação que fazem parte do secretoma do fungo foram fusionados ao gene que codifica a proteína verde fluorescente (Citrina) e expressos em Nicotiana benthamiana. Os resultados de microscopia confocal e westernblots indicaram um acúmulo de cada uma das proteínas candidatas na membrana, citosol e/ou núcleo, além da ocorrência de modificações pós-traducionais. Esses dados oferecem novas oportunidades de estudo para a identificação de proteínas vegetais que interagem com tais efetores. No terceiro capítulo, as respostas transcricionais da cana-de-açúcar nos primeiros momentos de uma interação compatível e após o desenvolvimento do chicote foram analisadas utilizando novamente os dados obtidos a partir do dual RNAseq cana-carvão. Entre as principais respostas da cana destacou-se um aumento da expressão de genes que codificam fatores de transcrição do tipo MADS, indicando que o desenvolvimento do chicote pode usar uma rota semelhante à do florescimento, cuja sinalização parece iniciar logo nos primeiros momentos de colonização. Além disso, o desenvolvimento do chicote é acompanhado pelo aumento da transcrição de genes envolvidos em vias energéticas, e vias de síntese e sinalização hormonal. Genes que codificam para RGAs foram diferencialmente expressos e podem estar relacionados ao reconhecimento de efetores. No quarto capítulo, foi avaliado o perfil metabólico da cana-de-açúcar durante a progressão da doença, confirmando que no meristema de plantas infectadas ocorre um aumento da alocação de carbono em vias energéticas, além da regulação de vários aminoácidos e mudanças em relação à composição da parede celular em resposta ao desenvolvimento do chicote. A abordagem metabólica também permitiu a identificação de uma provável micotoxina derivada de S. scitamineum. Os resultados obtidos neste estudo contribuíram para aumentar a compreensão da interação entre S. scitamineum e a cana-de-açúcar que se caracteriza pela alta complexidade e especialização ao hospedeiro, e poderão ser utilizados de forma a auxiliar a caracterização de variedades resistentes e contribuir para o melhoramento da cana-de-açúcar com resistência ao carvão.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:37:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1333692 bytes, checksum: 9bcd2dfa7f5cb679627a7e4240a82858 (MD5) Previous issue date: 2011-02-24 / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / The coffee leaf rust caused by the biotrophic fungus Hemileia vastatrix, it is the most important fungal disease of coffee, causing productivity losses and its control increases the costs of coffee production. This study aimed to identify genes of H. vastatrix that encode secreted proteins that may function as effectors needed for the establishment of the biotrophic interaction and / or as triggers of resistance responses, by analyzing a database consisting of 9828 expressed sequence tags (ESTs) from an susceptible interaction. These ESTs were generated by sequencing the 5' end of cDNA clones from a library constructed from mRNA isolated from coffee leaves collected 12 days after inoculation with single pustule isolation HV-01. It was obtained 1004 contigs and 3301 singlets after clustering the sequences using the CAP3 program. From 890 unique transcripts that encode proteins without similarity to sequences of non-redundant database of GenBank / NCBI, which had no identity to sequences of Coffea spp., also deposited in this database, were identified 46 ORFs that encode peptides over 60 amino acids with positive prediction from five or more parameters of algorithms used to predict secretion signal sequences. We selected five genes which were amplified from the H. vastatrix genome, generating fragments equal or higher than those amplified from cDNAs. These genes, unique to H. vastatrix showed no identity with cDNA sequences derived from germination spores, demonstrating that their expression may occur within the infected tissue. The secretion of proteins encoded by four genes was demonstrated using the Yeast Secretion System. Functional studies should be conducted to confirm the effector activity of the genes characterized, as well as from other genes identified in this study, whose origin and secretion of fungal the predicted proteins in yeast has been demonstrated. / A ferrugem causada pelo fungo biotrófico Hemileia vastatrix é a doença mais importante do cafeeiro, pois atinge, com gravidade, grandes áreas de lavouras, onde causa prejuízos na produtividade e seu controle aumenta os custos de produção. O presente trabalho teve por objetivo identificar genes de H. vastatrix que codificam proteínas secretadas que possam funcionar como efetores necessários para o estabelecimento da interação biotrófica e, ou, como desencadeadores de respostas de resistência, por meio da análise de um banco constituídos por 9828 etiquetas de sequências expressas (ESTs) em uma interação suscetível. Essas ESTs foram geradas pelo sequenciamento da extremidade 5´de clones de cDNA de uma biblioteca construída a partir de mRNA isolado de folhas de cafeeiro coletadas 12 dias após a inoculação com o isolado monopustular HV-01. Foram obtidos 1004 contíguos e 3301 singletos após o alinhamento das sequências pelo programa CAP3. A partir de 890 transcritos únicos que codificam proteínas sem similaridade a sequências do banco não redundante do GenBank/NCBI e que não possuíam identidade a sequências de Coffea spp. também depositadas nesse banco de dados, foram obtidas 46 ORFs que codificam peptídeos com mais de 60 aminoácidos e predição positiva em cinco ou mais parâmetros do algoritmo de predição de sequências sinal de exportação SignalP. Foram selecionados cinco genes que tiveram a região da ORF amplificada do genoma de H. vastatrix, gerando fragmentos iguais ou maiores aos amplificados a partir do cDNA. Esses genes, exclusivos de H. vastatrix, não mostraram identidade com sequências únicas derivadas de esporos germinados desse patógeno, demonstrando que a sua expressão ocorre no interior do tecido infectado. A secreção das proteínas codificadas por quatro genes foi confirmada em levedura. Estudos funcionais deverão ser realizados para comprovar a atividade efetora dos genes caracterizados, assim como dos demais genes identificados nesse estudo, cuja origem fúngica e secreção das proteínas preditas em levedura seja demonstrada.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:37:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 992783 bytes, checksum: 865bebc902b66a9a2f40688ff9d50a96 (MD5) Previous issue date: 2012-02-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Brazil is the second world soybean producer. Currently, the main limiting factor in this crop production is the Asian soybean rust (ASR) whose etiologic agent is the fungus Phakopsora pachyrhizi. The rust fungi are obligate parasites that during their interaction with the plant, they secrete effector proteins that manipulate host metabolism and interfere with their defense responses. Some of these effector proteins, called Avr proteins, are recognized by encoded proteins by resistant R genes, which usually trigger a hypersensitivity response (HR) and resistance phenotype. At least, there are five described R genes (Rpp1 to Rpp5) that confer resistance to ASR and several genes that encode secreted proteins by this fungus were recently identified. However, the effector proteins (Avr) recognized by encoded proteins by Rpp genes were not identified yet. Since there is not a transformation assay protocol for P. pachyrhizi, a strategy to identify this fungus Avr proteins is the transient expression of R proteins in resistant varieties cytoplasm and the observation of a possible HR response. Thus, the specific objectives of this work were: to try to establish a methodology for transient expression in soybean by agroinfiltration using the gene GUSPlus as reporter gene; to establish a protocol for translocation of effector proteins by the type III secretion system (SST3) of Pseudomonas syringae pv. glycinea race 4 (Psg4), and also to evaluate the effector activity of candidate genes in soybean resistant genotypes to the isolate PPUFV02 of P. pachyrhizi. There was no expression of the gene GUSPlus in Agrobacterium tumefaciens strain EHA105 infiltrated soybean leaves, while using the same inoculum preparation and concentration of bacterial cells, there was a consistent expression of the gene GUSPlus in tobacco. This result derailed the use of agroinfiltration in the functional study of candidate genes in soybean effectors. All soybean genotypes evaluated were susceptible to Psg4, demonstrating that the viability to use this bacterial on functional analysis of candidate effector proteins mediated by SST3. Better symptoms reproducibility was observed with inoculation by vacuum infiltration of Psg4 in a bacterial concentration of OD600 = 0,01, for allowing a gradually symptoms analysis. The encoded protein by avrB gene is recognized by the RPG1 gene product, which is present in some genotypes of soybean. The construction pVSP61-avrB was able to induce HR in the genotype Williams 82, that contains the corresponding gene RPG1 and to induce it in the genotypes Conquista and PI 459025. This result allowed the use of this construction as a positive control for functional analysis of P. pachyrhizi putative effector proteins. Because of this, 12 sequences were cloned into vector pEDV6. This vector allows the expression of proteins of interest fused to secretion signal sequences by SST3, aiming its subsequent translocation into the cytosol. Nine from the constructions with pEDV6-PHPA_RSP transformed into Psg4 were submitted to functional analysis. The inoculated plants varied in severity of observed symptoms and no HR phenotype was observed. Instead, it was observed reduction, increase or absence of a significant change in the symptoms evolution of genotype-dependent manner in treated plants. These studies allowed a first screening of P. pachyrhizi effector candidates, selecting the candidates PHPA_RSP_71 and PHPA_RSP_78 as the most promising candidates for further detailed analysis. / O Brasil é o segundo maior produtor mundial de soja. Atualmente, o principal fator limitante na produção desta cultura é a ferrugem asiática da soja (FAS), cujo agente etiológico é o fungo Phakopsora pachyrhizi. Os fungos causadores das ferrugens são parasitas obrigatórios que durante sua interação com a planta secretam proteínas efetoras que manipulam o metabolismo do hospedeiro e interferem com suas respostas de defesa. Algumas dessas proteínas efetoras, denominadas proteínas Avr, são reconhecidas pelas proteínas codificadas por genes de resistência R, o que desencadeia a resposta de hipersensibilidade (HR) e fenótipo de resistência. Já foram descritos pelo menos cinco genes R (Rpp1 a Rpp5) que conferem resistência a FAS e vários genes que codificam proteínas secretadas por esse fungo foram recentemente identificados. Todavia, ainda não foram identificadas as proteínas efetoras (Avr) reconhecidas pelas proteínas codificadas pelos genes Rpp. Como não existe ainda um sistema de transformação para P. pachyrhizi, uma estratégia para identificar as proteínas Avr desse fungo é a expressão transiente das proteínas efetoras candidatas no citoplasma de variedades resistentes e a observação do possível desencadeamento de resposta de HR. Desta forma, os objetivos específicos deste trabalho foram tentar estabelecer uma metodologia de expressão transiente em soja via agroinfiltração utilizando como gene repórter o gene GUSPlus; estabelecer um protocolo de translocação de proteínas efetoras via sistema de secreção tipo III (SST3) de Pseudomonas syringae pv. glycinea raça 4 (Psg4), e também avaliar a atividade efetora de genes candidatos em genótipos de soja resistentes ao isolado monopustular PPUFV02 de P. pachyrhizi. Não se observou a expressão do gene GUSPlus em folhas de soja agroinfiltradas com Agrobacterium tumefaciens estirpe EHA105, enquanto que utilizando do mesmo preparo de inóculo e concentração de células bacterianas, observou-se a expressão consistente do gene GUSPlus em tabaco. Este resultado invibializou o uso de agroinfiltração no estudo funcional de genes efetores candidatos na soja. Todos os genótipos de soja avaliados foram suscetíveis a Psg4, demonstrando a vialibilidade do uso desta bactéria na análise funcional de proteínas candidatas a efetores mediada por SST3. Melhor reprodutibilidade de sintomas foi observada com a inoculação por infiltração a vácuo de Psg4 numa concentração bacteriana de OD600=0,01, por permitir uma análise dos sintomas de forma gradual. O produto do gene avrB é reconhecido pela produto do gene RPG1, presente em alguns genótipos de soja. A construção pVSP61-avrB, foi capaz de induzir HR no genótipo Williams 82, que contêm o gene RPG1 correspondente, e nos genótipos Conquista e PI 459025. Este resultado permitiu o uso desta construção como controle positivo para a análise funcional de proteínas efetoras putativas de P. pachyrhizi. Assim, 12 sequências foram clonadas no vetor pEDV6. Este vetor permite a expressão de proteínas de interesse fusionadas a sequências-sinais de secreção via SST3, visando a sua posterior translocação para o citosol. Nove das construções com pEDV6-PHPA_RSP transformadas em Psg4 foram submetidas à análise funcional. As plantas inoculadas variaram quanto à severidade dos sintomas observados e não foi constatado fenótipo de HR. Ao invés disso, nos tratamentos foi observado redução, aumento ou ausência de alteração significativa na evolução dos sintomas, de maneira genótipo-dependente. Esses estudos permitiram uma primeira triagem de candidatos a efetores de P. pachyrhizi, selecionando os candidatos PHPA_RSP_71 e PHPA_RSP_78 como os mais promissores para estudos futuros mais detalhados.

O transplante renal é atualmente o tratamento de escolha para pacientes com doença renal crônica em estágio 5, devido aos seus melhores resultados na morbimortalidade e melhor qualidade de vida dos pacientes, quando comparado com o tratamento dialítico. No entanto, apesar desses resultados positivos, a sobrevida dos enxertos renais em longo prazo não se modificou. As principais causas de falências tardias do transplante renal são as alterações crônicas do enxerto, caracterizadas por componentes de rejeição crônica e efeitos nefrotóxicos relacionados aos inibidores da calcineurina. O desenvolvimento de estratégias visando modular o sistema imunológico, interferindo no balanço entre mecanismos efetores e reguladores, capazes de induzir a aceitação do órgão (tolerância) seria a melhor alternativa para este cenário. No entanto, os mecanismos imunológicos envolvidos no processo da imunorregulação são pouco compreendidos, o que dificulta a identificação de casos tolerantes e a definição de estratégias para a sua modulação. Dentre as possíveis moléculas envolvidas no processo de imunomodulação, destacam-se a Forkhead Box P3 (FOXp3), marcador de células reguladoras e a enzima indoleamina 2,3 dioxigenase (IDO), reconhecida recentemente como tendo função central na tolerância materno-fetal. No presente estudo, foram utilizadas técnicas de imunohistoquímica para identificar linfócitos T efetores (CD3+), FOXp3 e IDO em biópsias de aloenxerto renal e correlacionar sua expressão com a evolução clínica do enxerto 12 meses após a biópsia. A relação entre células reguladoras e efetoras foi avaliada pelas relações FOXp3/CD3 e IDO/CD3. Devido à limitação do reconhecimento e do diagnóstico de casos de tolerância, só foi possível analisar a expressão destes marcadores em 1 único caso de paciente tolerante. Por outro lado, o estudo do perfil da expressão destes marcadores em outras situações clínicas deve contribuir para a melhor compreensão dos mecanismos envolvidos. Neste contexto, no presente estudo foram analisadas 63 biópsias de enxerto renal em diferentes situações clínicas: enxerto Sem Rejeição (SemRA; n=13), Rejeição Aguda (RA; n=21) e lesões crônicas (LC; n=29) além de 1 caso de paciente com diagnóstico clínico de tolerância operacional (Tolerante; n=1). Este paciente evoluiu com disfunção do enxerto, reiniciou terapia dialítica com a descontinuação do tratamento imunossupressor e após 2 anos em programa de hemodiálise, recuperou a função do enxerto, sendo, então, submetido a biópsia do enxerto renal. As biópsias incluídas foram subdivididas de acordo com a Classificação de Banff-09. As rejeições agudas mediadas por linfócitos T foram classificadas em RA-Banff I (n=15) e RA-Banff II (n=6). Os casos com Lesões Crônicas também foram subdivididos de acordo com a Classificação de Banff-09 em Fibrose intersticial/Atrofia tubular (FIAT; n=15) e Rejeição Crônica Ativa (RCA; n=14). RESULTADOS: analisado isoladamente, o caso Tolerante apresentou um número expressivo de células CD3+ (814 cel/mm2) e FOXp3+ (100,9 cel/mm2), assim como elevada relação FOXp3/CD3 (12,4x102).No entanto, apresentou uma baixa expressão de IDO (0,41% área marcada).Nos casos do grupo RA o número de células CD3+. foi significativamente maior que em LC e SemRA (973±127 cel/mm2; 242±43 cel/mm2 e 0,7 ± 0,4 cel/mm2, respectivamente; p<0,001 vs LC e p<0,0001 vs SemRA). Células CD3+ foram detectadas em todos os compartimentos estudados: interstício, túbulos, vasos, e glomérulos no grupo RA e no grupo LC. Comparando os grupos, houve predomínio de células CD3+ no interstício (p<0,0001) do grupo RA. Na subanálise segundo a Classificação de Banff-09, não houve diferença entres os subgrupos de RA na análise de células CD3+ por compartimentos. Por outro lado, na análise do grupo LC, no subgrupo RCA foram detectadas significativamente mais células CD3+ que em FIAT no interstício (322±66 cel/mm2 vs 145±32 cel/mm2; p<0,05) e nos túbulos (30,7±10 cel/mm2 vs 6±2 cel/mm2; p<0,05). O número de células FOXp3+ foi significativamente maior nos casos do grupo RA (43±10 cel/mm2) comparado com LC e SemRA (20±4 cel/mm2 e 0,1±0,1 cel/mm2, respectivamente; p<0,05 vs LC e p<0,0001 vs SemRA). Na distribuição por compartimentos, tanto em RA quanto em LC houve a predominância de células FOXp3+ no interstício, porém não houve diferença estatística entre os 2 grupos. Na análise de células FOXp3+ por compartimentos do grupo LC segundo a Classificação de Banff-09, não houve diferença entres os subgrupos. A relação FOXp3/CD3 foi significativamente maior no grupo LC que no RA (17±5 vs 5±1; p<0,05). Na análise do grupo LC, a relação FOXp3/CD3 foi significativamente maior em FIAT que em RCA (25±8 vs 8±2; p<0,05). A análise da expressão de IDO não revelou diferença na comparação dos grupos SemRA, RA e LC. Não houve diferença também na expressão de IDO, tanto entre os grupos Banff I e Banff II, quanto entre os grupos FIAT e RCA. A relação IDO/CD3, foi significativamente maior no grupo LC do que no grupo RA (18±6 vs 3±1; p<0,05). Apesar da presença de células FOXp3+ ter sido maior nos casos com diagnóstico de rejeição aguda como descrito na literatura, não houve correlação da sua expressão com uma maior função do enxerto na análise de 12 meses após a biópsia, nem com a sobrevida do enxerto em 12 meses. Nos casos com diagnóstico de lesões crônicas, a maior relação FOXp3/CD3 se correlacionou negativamente com a função do enxerto 12 meses após a biópsia. A expressão de IDO também não se correlacionou com uma melhor função, nem com a sobrevida do enxerto na análise em 12 meses após a biópsia. A análise dos resultados apresentados sugere o envolvimento dos marcadores estudados na resposta inflamatória ocasionada pelo aloreconhecimento, uma vez que estão presentes em cenários imunológicos distintos, aparentemente, mediando o dano tecidual no microambiente do aloenxerto. No entanto, não há dados o suficiente para apontar para um papel das células FOXp3+ e da IDO no desenvolvimento de tolerância ao aloenxerto no presente estudo. Concluindo, ainda não está claro o quanto a presença de Tregs e IDO limitam os processos de rejeição/cronificação ou participam desses processos, sendo sua presença ainda controversa / Currently, kidney transplantation is choice therapy for patients with chronic kidney disease in stage 5, due to their good results in morbidity and improved quality of life compared with dialysis treatment. However, despite these positive results, renal grafts survival in the long term has not changed. The major cause of failures in long-term in kidney transplant are chronic graft changes, characterized by chronic rejection and components related to the nephrotoxic effects of calcineurin inhibitors. The development of strategies to modulate the immune system interfering with the balance between regulatory and effector mechanisms, capable of inducing organ acceptance (tolerance), would be the excellent alternative in this scenario. However, the immunological mechanisms involved in the immunoregulation are poorly understood, hindering to identify cases tolerant as well as developing strategies for their modulation. Within the possible molecules involved in immunomodulation, stand out the Forkhead Box P3 (FOXp3), a marker of regulatory cells, and the enzyme indoleamine 2,3 dioxygenase (IDO), recently recognized by their role in maternal-fetal tolerance. In this present study, we used immunohistochemical techniques to identify T lymphocytes (CD3+), FOXp3 and IDO in renal allograft biopsies and to correlate its expression with graft function 12 months after the biopsy procedure. The relationship between regulatory and effector cells was analysed by FOXp3/CD3 and IDO/CD3 ratios. Due to limited recognition and diagnosis of tolerance cases, only was possible to analyze the expression of these markers in one single case of tolerant patient. On the other hand, the study of the expression of these markers in other clinical situations, should contribute to a better understanding of the mechanisms involved. In this context, the present study analyzed 63 renal allograft biopsies in different clinical situations: no graft rejection (NR, n = 13), acute rejection (AR, n = 21) and chronic injury (CI, n = 29). In addition, one patient with clinical operational tolerance diagnosis (tolerant, n = 1) was analyzed. This patient developed graft dysfunction, restarted dialysis discontinuation of immunosuppressive treatment. After 2 years on dialysis therapy, recovered graft function and then was submitted to renal allograft biopsy. The biopsies included in this study were subdivided according to the Banff-09 classification. The acute rejection mediated by T lymphocytes was classified in Banff I (n = 15) and Banff II (n = 6). Cases that showed chronic injury were also subdivided according to the Banff-09 classification in Interstitial Fibrosis/Tubular Atrophy (IFTA, n = 15) and Chronic Rejection (CR, n = 14). Results: Analyzed separately, the tolerant case showed an expressive number of CD3+ cells (814 cells/mm2) and FOXp3+ cells (100.9 cells/mm2). Also, expressive FOXp3/CD3+ ratio (12,4x102) and low IDO expression (0.41% area).In AR group the number of CD3+ cells was significantly higher compared with CI and NR groups (973 ± 127 cells/mm2; 242 ± 43 cells/mm2 and 0.7 ± 0.4, cells/mm2, respectively; p<0.001 vs CI and p <0.0001 vs NR). In AR and CI groups CD3+ cells were detected in all compartments studied: interstitium, tubules, vessels and glomeruli. Comparing the groups, there was a predominance of CD3+ cells in the interstitium (p<0.0001) of AR group. No difference was observed between Banff I and Banff II subgroups analysis of CD3+ in the compartments. On the other hand, in the CR subgroup analysis was detected in significantly higher of CD3+ cells in the interstitium compared with IFTA (322 ± 66 cells/mm2 vs. 145 ± 32 cells/mm2, p<0.05) and in tubules (30,7±10 cells/mm2 vs. 6±2 cells/mm2, respectively; p<0.05). The number of FOXp3+ cells was significantly higher in the AR group (43±10 cells/mm2) compared with CI and NR (20±4 cells/mm2 and 0.1±0.1 cells/mm2, respectively; p<0,05 vs CI and p<0,0001 vs NR). The distribution of compartments, both AR and in CI predominated FOXp3+ cells in the interstitium, but there was no statistical difference between the 2 groups. In the FOXp3+ cells analysis, CI do not showed difference between subgroups in the compartments. The relationship FOXp3/CD3 was significantly higher in AR group compared in the CI group (17 ± 5 vs. 5 ± 1; p<0.05). In the CI group analysis, FOXp3/CD3 ratio was significantly higher in IFTA compared with CR (25±8 vs 8±2; p<0.05). IDO expression analysis shows no difference when compared NR, AR and CI groups. No difference in IDO expression analysis in Banff I compared with Banff II, and IFTA compared with CR was observed. The relationship of IDO/CD3, was significantly higher in the CI group when compared with AR group (18±6 vs 3±1, p<0.05). Despite the presence of FOXp3+ cells was higher in cases with a diagnosis of acute rejection as described in the literature, there was no correlation of its expression with improved graft function in the 12 months analysis after the biopsy procedure, as well as with graft survival in 12 months. In cases with a diagnosis of chronic injuries, FOXp3/CD3 ratio was negatively correlated with graft function 12 months after the biopsy procedure. The analysis of these results led us to speculate about the involvement of these markers in the inflammatory response, mediating the tissue damage in the microenvironment of the graft, once it is immunological distinct scenarios, however, in this study, there is no enough data to point to a role in development of tolerance. In conclusion, it is unclear how the presence of Tregs and IDO limit the allograft rejection/chronicity or participate in this process, and their presence is still controversial

Plant pathogens have the ability to quickly overcome host resistance and shift to novel hosts. The (re)emergence of plant pathogens is a major concern in agriculture and in conservation of natural landscapes. The rapid adaptation to hosts and new environments depends on the genetic variability in pathogen populations. Despite of the importance of sugarcane for Brazilian agribusiness and the persistence of the smut pathogen Sporisorium scitamineum in most cropping areas, genetic variation studies are still missing for Brazilian isolates. In the chapters 1 and 2, molecular variability studies were performed for Brazilian and Argentine isolates of S. scitamineum, using molecular markers (AFLP, telRFLP) and sequencing (ITS and a candidate effector gene) strategies. No variation was found in ITS sequences. On the contrary, telRFLP marker generates almost a unique fingerprint for each strain. Two genetically distinct groups were formed by the joint analysis of the AFLP and telRFLP markers. The two groups were the same formed by haplotypes of a candidate effector gene. The presence of polymorphisms that causes non-synonymous mutations in a candidate effector gene potentially involved in the specific interaction with sugarcane may cause distinct performances on host genotypes. S. scitamineum is part of the highly diverse clade of Ustilaginomycetes fungi that includes several smut disease agents. Despite being phylogenetically close and present similar lifestyles, species of smut fungi have distinct and narrow host ranges. Hence, another objective in this thesis was to identify the genetic basis of host specialization in smut fungi using comparative genomics analyses. In chapter 3, the mating-type loci were described in S. scitamineum genome and compared among smut fungi. Transposable elements are the likely mechanism causing chromosomal rearrangements between mating-type loci. The presence of trans-specific polymorphisms at the genes encoding pheromone/receptor proteins suggests a hybridization potential among smut species. In the chapter 4, a broad comparative genomics analysis was performed among nine species of smut fungi infecting distinct hosts. The genetic basis of host specialization in smut fungi is complex and seems to involve a range of evolutionary processes, including gene gain/loss and episodic selection events. Species-specific effectors and positively selected genes will be good candidates for further characterization in regards to their role in host adaptation. / Fitopatógenos apresentam a habilidade de rapidamente suplantar os mecanismos de defesas da planta e adaptar-se a um novo hospedeiro. A (re)emergência de patógenos é uma das maiores preocupações na agricultura e na conservação de populações naturais. A rápida adaptação ao hospedeiro e a novos ambientes depende da variabilidade genética nas populações de patógenos. Apesar da importância da cana-de-açúcar para o agronegócio brasileiro e da persistência do patógeno Sporisorium scitamineum, o agente causal do carvão da cana-de-açúcar, na maioria das áreas canavieiras, estudos de variabilidade genética ainda não foram realizados para isolados brasileiros. Nos capítulos 1 e 2, estudos de variabilidade molecular foram realizados para isolados brasileiros e argentinos de S. scitamineum, usando marcadores moleculares (AFLP e telRFLP) e dados de sequenciamento (ITS e um gene candidato a efetor). Nenhum polimorfismo foi encontrado usando sequências ITS. Contrariamente, o marcador telRFLP gerou quase um fingerprint para cada linhagem. Dois grupos geneticamente distintos foram formados pela análise conjunta dos marcadores telRFLP e AFLP. Os dois grupos também foram formados pelos haplótipos obtidos pelo sequenciamento de um candidato a efetor. A presença de polimorfismos causando mutações não-sinônimas em um candidato a efetor pode acarretar em performances distintas em diferentes genótipos de cana-de-açúcar. S. scitamineum pertence à classe Ustilaginomycetes, a qual também abrange vários outros agentes causais de doenças do carvão. Apesar de filogeneticamente próximos e com estilo de vida similar, espécies de carvão apresentam uma faixa distinta e estreita de hospedeiros. Portanto, outro objetivo desta tese foi identificar a base genética da especialização ao hospedeiro por fungos causadores de carvão usando análises de genômica comparativa. No capítulo 3, os loci envolvidos na determinação do tipo de reação sexual (mating-type) foram caracterizados no genoma de S. scitamineum e comparados com sequências de outras espécies de carvão. Tranposons foram identificados como provável mecanismo de rearranjo cromossômico entre os loci de mating-type. Polimorfismos trans-específicos nos genes codificadores de feromônios e receptores sugerem o potencial de hibridização entre espécies de carvão. No capítulo 4, análises de genômica comparativa abrangendo nove espécies de carvão infectando hospedeiros distintos foram realizadas. A base genética da especialização ao hospedeiro em fungos causadores de carvão é complexa e parece envolver processos evolutivos de ganho/perda de genes e seleção positiva. Efetores espécie-específicos e sob seleção positiva são destacados como bons candidatos para serem caracterizados quanto ao papel que estabelecem na adaptação ao hospedeiro.

O transplante renal é atualmente o tratamento de escolha para pacientes com doença renal crônica em estágio 5, devido aos seus melhores resultados na morbimortalidade e melhor qualidade de vida dos pacientes, quando comparado com o tratamento dialítico. No entanto, apesar desses resultados positivos, a sobrevida dos enxertos renais em longo prazo não se modificou. As principais causas de falências tardias do transplante renal são as alterações crônicas do enxerto, caracterizadas por componentes de rejeição crônica e efeitos nefrotóxicos relacionados aos inibidores da calcineurina. O desenvolvimento de estratégias visando modular o sistema imunológico, interferindo no balanço entre mecanismos efetores e reguladores, capazes de induzir a aceitação do órgão (tolerância) seria a melhor alternativa para este cenário. No entanto, os mecanismos imunológicos envolvidos no processo da imunorregulação são pouco compreendidos, o que dificulta a identificação de casos tolerantes e a definição de estratégias para a sua modulação. Dentre as possíveis moléculas envolvidas no processo de imunomodulação, destacam-se a Forkhead Box P3 (FOXp3), marcador de células reguladoras e a enzima indoleamina 2,3 dioxigenase (IDO), reconhecida recentemente como tendo função central na tolerância materno-fetal. No presente estudo, foram utilizadas técnicas de imunohistoquímica para identificar linfócitos T efetores (CD3+), FOXp3 e IDO em biópsias de aloenxerto renal e correlacionar sua expressão com a evolução clínica do enxerto 12 meses após a biópsia. A relação entre células reguladoras e efetoras foi avaliada pelas relações FOXp3/CD3 e IDO/CD3. Devido à limitação do reconhecimento e do diagnóstico de casos de tolerância, só foi possível analisar a expressão destes marcadores em 1 único caso de paciente tolerante. Por outro lado, o estudo do perfil da expressão destes marcadores em outras situações clínicas deve contribuir para a melhor compreensão dos mecanismos envolvidos. Neste contexto, no presente estudo foram analisadas 63 biópsias de enxerto renal em diferentes situações clínicas: enxerto Sem Rejeição (SemRA; n=13), Rejeição Aguda (RA; n=21) e lesões crônicas (LC; n=29) além de 1 caso de paciente com diagnóstico clínico de tolerância operacional (Tolerante; n=1). Este paciente evoluiu com disfunção do enxerto, reiniciou terapia dialítica com a descontinuação do tratamento imunossupressor e após 2 anos em programa de hemodiálise, recuperou a função do enxerto, sendo, então, submetido a biópsia do enxerto renal. As biópsias incluídas foram subdivididas de acordo com a Classificação de Banff-09. As rejeições agudas mediadas por linfócitos T foram classificadas em RA-Banff I (n=15) e RA-Banff II (n=6). Os casos com Lesões Crônicas também foram subdivididos de acordo com a Classificação de Banff-09 em Fibrose intersticial/Atrofia tubular (FIAT; n=15) e Rejeição Crônica Ativa (RCA; n=14). RESULTADOS: analisado isoladamente, o caso Tolerante apresentou um número expressivo de células CD3+ (814 cel/mm2) e FOXp3+ (100,9 cel/mm2), assim como elevada relação FOXp3/CD3 (12,4x102).No entanto, apresentou uma baixa expressão de IDO (0,41% área marcada).Nos casos do grupo RA o número de células CD3+. foi significativamente maior que em LC e SemRA (973±127 cel/mm2; 242±43 cel/mm2 e 0,7 ± 0,4 cel/mm2, respectivamente; p<0,001 vs LC e p<0,0001 vs SemRA). Células CD3+ foram detectadas em todos os compartimentos estudados: interstício, túbulos, vasos, e glomérulos no grupo RA e no grupo LC. Comparando os grupos, houve predomínio de células CD3+ no interstício (p<0,0001) do grupo RA. Na subanálise segundo a Classificação de Banff-09, não houve diferença entres os subgrupos de RA na análise de células CD3+ por compartimentos. Por outro lado, na análise do grupo LC, no subgrupo RCA foram detectadas significativamente mais células CD3+ que em FIAT no interstício (322±66 cel/mm2 vs 145±32 cel/mm2; p<0,05) e nos túbulos (30,7±10 cel/mm2 vs 6±2 cel/mm2; p<0,05). O número de células FOXp3+ foi significativamente maior nos casos do grupo RA (43±10 cel/mm2) comparado com LC e SemRA (20±4 cel/mm2 e 0,1±0,1 cel/mm2, respectivamente; p<0,05 vs LC e p<0,0001 vs SemRA). Na distribuição por compartimentos, tanto em RA quanto em LC houve a predominância de células FOXp3+ no interstício, porém não houve diferença estatística entre os 2 grupos. Na análise de células FOXp3+ por compartimentos do grupo LC segundo a Classificação de Banff-09, não houve diferença entres os subgrupos. A relação FOXp3/CD3 foi significativamente maior no grupo LC que no RA (17±5 vs 5±1; p<0,05). Na análise do grupo LC, a relação FOXp3/CD3 foi significativamente maior em FIAT que em RCA (25±8 vs 8±2; p<0,05). A análise da expressão de IDO não revelou diferença na comparação dos grupos SemRA, RA e LC. Não houve diferença também na expressão de IDO, tanto entre os grupos Banff I e Banff II, quanto entre os grupos FIAT e RCA. A relação IDO/CD3, foi significativamente maior no grupo LC do que no grupo RA (18±6 vs 3±1; p<0,05). Apesar da presença de células FOXp3+ ter sido maior nos casos com diagnóstico de rejeição aguda como descrito na literatura, não houve correlação da sua expressão com uma maior função do enxerto na análise de 12 meses após a biópsia, nem com a sobrevida do enxerto em 12 meses. Nos casos com diagnóstico de lesões crônicas, a maior relação FOXp3/CD3 se correlacionou negativamente com a função do enxerto 12 meses após a biópsia. A expressão de IDO também não se correlacionou com uma melhor função, nem com a sobrevida do enxerto na análise em 12 meses após a biópsia. A análise dos resultados apresentados sugere o envolvimento dos marcadores estudados na resposta inflamatória ocasionada pelo aloreconhecimento, uma vez que estão presentes em cenários imunológicos distintos, aparentemente, mediando o dano tecidual no microambiente do aloenxerto. No entanto, não há dados o suficiente para apontar para um papel das células FOXp3+ e da IDO no desenvolvimento de tolerância ao aloenxerto no presente estudo. Concluindo, ainda não está claro o quanto a presença de Tregs e IDO limitam os processos de rejeição/cronificação ou participam desses processos, sendo sua presença ainda controversa / Currently, kidney transplantation is choice therapy for patients with chronic kidney disease in stage 5, due to their good results in morbidity and improved quality of life compared with dialysis treatment. However, despite these positive results, renal grafts survival in the long term has not changed. The major cause of failures in long-term in kidney transplant are chronic graft changes, characterized by chronic rejection and components related to the nephrotoxic effects of calcineurin inhibitors. The development of strategies to modulate the immune system interfering with the balance between regulatory and effector mechanisms, capable of inducing organ acceptance (tolerance), would be the excellent alternative in this scenario. However, the immunological mechanisms involved in the immunoregulation are poorly understood, hindering to identify cases tolerant as well as developing strategies for their modulation. Within the possible molecules involved in immunomodulation, stand out the Forkhead Box P3 (FOXp3), a marker of regulatory cells, and the enzyme indoleamine 2,3 dioxygenase (IDO), recently recognized by their role in maternal-fetal tolerance. In this present study, we used immunohistochemical techniques to identify T lymphocytes (CD3+), FOXp3 and IDO in renal allograft biopsies and to correlate its expression with graft function 12 months after the biopsy procedure. The relationship between regulatory and effector cells was analysed by FOXp3/CD3 and IDO/CD3 ratios. Due to limited recognition and diagnosis of tolerance cases, only was possible to analyze the expression of these markers in one single case of tolerant patient. On the other hand, the study of the expression of these markers in other clinical situations, should contribute to a better understanding of the mechanisms involved. In this context, the present study analyzed 63 renal allograft biopsies in different clinical situations: no graft rejection (NR, n = 13), acute rejection (AR, n = 21) and chronic injury (CI, n = 29). In addition, one patient with clinical operational tolerance diagnosis (tolerant, n = 1) was analyzed. This patient developed graft dysfunction, restarted dialysis discontinuation of immunosuppressive treatment. After 2 years on dialysis therapy, recovered graft function and then was submitted to renal allograft biopsy. The biopsies included in this study were subdivided according to the Banff-09 classification. The acute rejection mediated by T lymphocytes was classified in Banff I (n = 15) and Banff II (n = 6). Cases that showed chronic injury were also subdivided according to the Banff-09 classification in Interstitial Fibrosis/Tubular Atrophy (IFTA, n = 15) and Chronic Rejection (CR, n = 14). Results: Analyzed separately, the tolerant case showed an expressive number of CD3+ cells (814 cells/mm2) and FOXp3+ cells (100.9 cells/mm2). Also, expressive FOXp3/CD3+ ratio (12,4x102) and low IDO expression (0.41% area).In AR group the number of CD3+ cells was significantly higher compared with CI and NR groups (973 ± 127 cells/mm2; 242 ± 43 cells/mm2 and 0.7 ± 0.4, cells/mm2, respectively; p<0.001 vs CI and p <0.0001 vs NR). In AR and CI groups CD3+ cells were detected in all compartments studied: interstitium, tubules, vessels and glomeruli. Comparing the groups, there was a predominance of CD3+ cells in the interstitium (p<0.0001) of AR group. No difference was observed between Banff I and Banff II subgroups analysis of CD3+ in the compartments. On the other hand, in the CR subgroup analysis was detected in significantly higher of CD3+ cells in the interstitium compared with IFTA (322 ± 66 cells/mm2 vs. 145 ± 32 cells/mm2, p<0.05) and in tubules (30,7±10 cells/mm2 vs. 6±2 cells/mm2, respectively; p<0.05). The number of FOXp3+ cells was significantly higher in the AR group (43±10 cells/mm2) compared with CI and NR (20±4 cells/mm2 and 0.1±0.1 cells/mm2, respectively; p<0,05 vs CI and p<0,0001 vs NR). The distribution of compartments, both AR and in CI predominated FOXp3+ cells in the interstitium, but there was no statistical difference between the 2 groups. In the FOXp3+ cells analysis, CI do not showed difference between subgroups in the compartments. The relationship FOXp3/CD3 was significantly higher in AR group compared in the CI group (17 ± 5 vs. 5 ± 1; p<0.05). In the CI group analysis, FOXp3/CD3 ratio was significantly higher in IFTA compared with CR (25±8 vs 8±2; p<0.05). IDO expression analysis shows no difference when compared NR, AR and CI groups. No difference in IDO expression analysis in Banff I compared with Banff II, and IFTA compared with CR was observed. The relationship of IDO/CD3, was significantly higher in the CI group when compared with AR group (18±6 vs 3±1, p<0.05). Despite the presence of FOXp3+ cells was higher in cases with a diagnosis of acute rejection as described in the literature, there was no correlation of its expression with improved graft function in the 12 months analysis after the biopsy procedure, as well as with graft survival in 12 months. In cases with a diagnosis of chronic injuries, FOXp3/CD3 ratio was negatively correlated with graft function 12 months after the biopsy procedure. The analysis of these results led us to speculate about the involvement of these markers in the inflammatory response, mediating the tissue damage in the microenvironment of the graft, once it is immunological distinct scenarios, however, in this study, there is no enough data to point to a role in development of tolerance. In conclusion, it is unclear how the presence of Tregs and IDO limit the allograft rejection/chronicity or participate in this process, and their presence is still controversial

Sugarcane smut is a worldwide distributed disease important to agribusiness, since it can affect sugarcane yield drastically. The disease is caused by the Basidiomycete Sporisorium scitamineum, a biotrophic fungus that colonizes mainly sugarcane. Sugarcane-smut interaction has been extensively studied by this research group for the past few years in their various aspects, considering both the pathogen attack and plant defenses. This work aimed to functionally address fungal candidate effector proteins associated with this pathosystem. Effectors are essential to modulate host metabolism to allow pathogen colonization. The identification of such proteins may assist in recognition of resistance genes relevant to genetic breeding programs. Based on the complete genome sequence of S. scitamineum and the dual transcriptomic data candidate genes were selected in silico. Selection strategies were based on the predicted secretome and differential expression levels of the genes in planta. Candidate effectors were analyzed regarding their expression pattern, subcellular location and influence over basal plant defenses and plant immunity. The results showed that the S. scitamineum candidate effector genes are expressed under the influence of the host genotype. It was observed various expression patterns in the set of selected genes and differential subcellular localization patterns. These results will enable future researches considering virulence level of different isolates and also help decision making in plant breeding programs. / O carvão da cana-de-açúcar é uma doença cosmopolita de grande importância para o agronegócio, uma vez que pode afetar a produtividade da cultura. A doença é causada pelo basidiomiceto Sporisorium scitamineum, fungo biotrófico que coloniza exclusivamente a cana-de-açúcar. A interação cana-carvão vem sendo extensivamente estudada por este grupo de pesquisa nos últimos anos em seus vários aspectos, considerando as atividades de ataque e defesa do patógeno e da planta, respectivamente. Este trabalho teve como finalidade o estudo funcional de proteínas candidatas a efetores neste patossistema. Efetores são moléculas essenciais na manipulação do metabolismo e fisiologia do hospedeiro de forma a permitir sua colonização. A identificação de tais proteínas auxilia no reconhecimento de genes de resistência podendo gerar informações relevantes a programas de melhoramento genético na produção de variedades resistentes. A estratégia de seleção utilizada se baseia em características do secretoma predito e da expressão diferencial de genes do patógeno in planta. Os candidatos foram analisados quanto ao padrão de expressão gênica, à localização sub celular e sua influência sobre a defesa basal e imunidade em plantas. Os resultados demonstraram que a expressão dos genes que codificam para as proteínas efetoras de S. scitamineum e é influenciada pelo genótipo das plantas infectadas. Foram observadas variações no padrão de expressão entre o conjunto de efetores selecionados, bem como padrões diferenciais de localização sub celular e influência sobre a imunidade em plantas. Os resultados gerados por este trabalho servirão de subsídio para estudos futuros sobre os níveis de virulência dos diferentes isolados do patógeno bem como para auxiliar a tomada de decisão em programas de melhoramento genético de variedades resistentes ao carvão da cana.