A comparação de genomas é uma importante tarefa na qual a bioinformática pode ser aplicada, uma vez que ela permite a identificação de genes patogênicos, o que, por sua vez, pode auxiliar a combater ou a prevenir o surgimento de doenças. A partir da comparação de genomas, também é possível realizar a análise filogenética, que permite entender as relações evolutivas entre diferentes organismos. Em genomas de bactérias, essa análise geralmente é realizada com base no gene 16S rRNA. Entretanto, apesar de ser amplamente utilizado, filogenias com base nesse gene podem ter dificuldades para diferenciar organismos muito próximos evolutivamente. Essa importância da comparação de genomas e a necessidade de uma metodologia que permita distinguir organismos evolutivamente próximos na análise filogenética motivaram este trabalho, que teve como objetivo implementar ferramentas computacionais para identificar genes homólogos em genomas e, com base nesses genes, gerar filogenias e analisar se é possível distinguir os organismos evolutivamente próximos nessas filogenias. Para tanto, as ferramentas desenvolvidas para identificação de genes homólogos recebem resultados de alinhamentos e os filtram, de modo que dois genes são considerados homólogos se o alinhamento entre eles satisfizer os limiares definidos. Após a identificação das famílias de genes homólogos, tabelas são geradas com informações a respeito dos genes homólogos em cada genoma e, com base nessas tabelas, é possível gerar matrizes de distância e utilizar métodos de agrupamento hierárquico para a geração da filogenia ou realizar alinhamentos múltiplos com os genes identificados para posterior reconstrução filogenética. Além disso, também é possível representar os genes e famílias de genes homólogos por meio de um grafo, que pode auxiliar na escolha dos limiares para filtrar os alinhamentos. Para demonstrar e analisar a aplicabilidade das ferramentas desenvolvidas e das abordagens adotadas, experimentos foram realizados utilizando genomas de bactérias do gênero Xanthomonas, que contém um grande grupo de bactérias que causam doenças em plantas. Os resultados obtidos foram então comparados com filogenias de referência e com resultados de outros experimentos realizados. Essas comparações demonstraram que as famílias de genes homólogos podem ser úteis para distinguir genomas de organismos muito próximos evolutivamente, apesar de que essa abordagem apresentou dificuldades para separar os grupos de genomas mais distantes. Em contrapartida, na filogenia gerada a partir da região 16S rRNA, foi possível diferenciar esses organismos mais distantes, mas não foi possível distinguir os organismos muito próximos. Por fim, os experimentos realizados fornecem indícios de que as ferramentas desenvolvidas e as abordagens adotadas podem ser úteis para diferenciar genomas muito próximos evolutivamente de outros procariotos além das bactérias estudadas neste trabalho / Genome comparison is an important task on which bioinformatics can be used because it allows the identification of pathogen genes which can aid the combat of diseases and to avoid the emerging of new ones. Genome comparison also allows the phylogenetic analysis which provides the understanding of evolutional relations of different organisms. In bacterial genomes, this analysis is commonly based on 16S rRNA gene. Unfortunately, it can present some difficulties to distinguish closely related organisms. This importance of genome comparison and the necessity of a methodology to distinguish organisms that are closely related motivated this study, which aimed the development of computational tools to identify homologous genes in genomes, to use these genes to reconstruct phylogenies and to analyze if it is possible to distinguish closely related organisms on these phylogenies. To achieve this purpose, the developed tools to identify homologous genes receive the alignments results and filter it, such that two genes are homologous if their alignment satisfies the thresholds. After the identification of homologous gene families, the tools generates tables with information about the homologous genes presents in each genome and with these tables it is possible to create distance matrix to be used by hierarchical clustering methods to generate phylogenies or it is possible to perform multiple alignments with the identified genes to accomplish a phylogenetic reconstruction. Besides that, it is possible to represent the genes and homologous gene families in a graph, which can aid the choice of the thresholds to filter the alignments. To demonstrate and analyze the applicability of the developed tools and the approaches chosen in this study, experiments were performed using genomes of the bacterial genus Xanthomonas, which include a group of phytopathogenic bacteria. The results obtained were compared with reference phylogenies and with results of other experiments. These comparisons showed that homologous gene families can be used to differentiate closely related organisms, despite the fact that it presented difficulties to distinguish the groups of genomes that were evolutionarily far from each other. On the other hand, the phylogeny based on 16S rRNA region allows to distinguish the groups of genomes that were distant, but it was not possible to differentiate closely related organisms. As a conclusion, the experiments performed give pieces of evidence that the developed tools and the approaches adopted can be useful to distinguish genomes of closely related organisms of other prokaryotes besides the bacterias considered in this study

A comparação de genomas é uma importante tarefa na qual a bioinformática pode ser aplicada, uma vez que ela permite a identificação de genes patogênicos, o que, por sua vez, pode auxiliar a combater ou a prevenir o surgimento de doenças. A partir da comparação de genomas, também é possível realizar a análise filogenética, que permite entender as relações evolutivas entre diferentes organismos. Em genomas de bactérias, essa análise geralmente é realizada com base no gene 16S rRNA. Entretanto, apesar de ser amplamente utilizado, filogenias com base nesse gene podem ter dificuldades para diferenciar organismos muito próximos evolutivamente. Essa importância da comparação de genomas e a necessidade de uma metodologia que permita distinguir organismos evolutivamente próximos na análise filogenética motivaram este trabalho, que teve como objetivo implementar ferramentas computacionais para identificar genes homólogos em genomas e, com base nesses genes, gerar filogenias e analisar se é possível distinguir os organismos evolutivamente próximos nessas filogenias. Para tanto, as ferramentas desenvolvidas para identificação de genes homólogos recebem resultados de alinhamentos e os filtram, de modo que dois genes são considerados homólogos se o alinhamento entre eles satisfizer os limiares definidos. Após a identificação das famílias de genes homólogos, tabelas são geradas com informações a respeito dos genes homólogos em cada genoma e, com base nessas tabelas, é possível gerar matrizes de distância e utilizar métodos de agrupamento hierárquico para a geração da filogenia ou realizar alinhamentos múltiplos com os genes identificados para posterior reconstrução filogenética. Além disso, também é possível representar os genes e famílias de genes homólogos por meio de um grafo, que pode auxiliar na escolha dos limiares para filtrar os alinhamentos. Para demonstrar e analisar a aplicabilidade das ferramentas desenvolvidas e das abordagens adotadas, experimentos foram realizados utilizando genomas de bactérias do gênero Xanthomonas, que contém um grande grupo de bactérias que causam doenças em plantas. Os resultados obtidos foram então comparados com filogenias de referência e com resultados de outros experimentos realizados. Essas comparações demonstraram que as famílias de genes homólogos podem ser úteis para distinguir genomas de organismos muito próximos evolutivamente, apesar de que essa abordagem apresentou dificuldades para separar os grupos de genomas mais distantes. Em contrapartida, na filogenia gerada a partir da região 16S rRNA, foi possível diferenciar esses organismos mais distantes, mas não foi possível distinguir os organismos muito próximos. Por fim, os experimentos realizados fornecem indícios de que as ferramentas desenvolvidas e as abordagens adotadas podem ser úteis para diferenciar genomas muito próximos evolutivamente de outros procariotos além das bactérias estudadas neste trabalho / Genome comparison is an important task on which bioinformatics can be used because it allows the identification of pathogen genes which can aid the combat of diseases and to avoid the emerging of new ones. Genome comparison also allows the phylogenetic analysis which provides the understanding of evolutional relations of different organisms. In bacterial genomes, this analysis is commonly based on 16S rRNA gene. Unfortunately, it can present some difficulties to distinguish closely related organisms. This importance of genome comparison and the necessity of a methodology to distinguish organisms that are closely related motivated this study, which aimed the development of computational tools to identify homologous genes in genomes, to use these genes to reconstruct phylogenies and to analyze if it is possible to distinguish closely related organisms on these phylogenies. To achieve this purpose, the developed tools to identify homologous genes receive the alignments results and filter it, such that two genes are homologous if their alignment satisfies the thresholds. After the identification of homologous gene families, the tools generates tables with information about the homologous genes presents in each genome and with these tables it is possible to create distance matrix to be used by hierarchical clustering methods to generate phylogenies or it is possible to perform multiple alignments with the identified genes to accomplish a phylogenetic reconstruction. Besides that, it is possible to represent the genes and homologous gene families in a graph, which can aid the choice of the thresholds to filter the alignments. To demonstrate and analyze the applicability of the developed tools and the approaches chosen in this study, experiments were performed using genomes of the bacterial genus Xanthomonas, which include a group of phytopathogenic bacteria. The results obtained were compared with reference phylogenies and with results of other experiments. These comparisons showed that homologous gene families can be used to differentiate closely related organisms, despite the fact that it presented difficulties to distinguish the groups of genomes that were evolutionarily far from each other. On the other hand, the phylogeny based on 16S rRNA region allows to distinguish the groups of genomes that were distant, but it was not possible to differentiate closely related organisms. As a conclusion, the experiments performed give pieces of evidence that the developed tools and the approaches adopted can be useful to distinguish genomes of closely related organisms of other prokaryotes besides the bacterias considered in this study

Submitted by Marlene Santos (marlene.bc.ufg@gmail.com) on 2016-12-20T19:25:22Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - João Augusto Vieira de Oliveira - 2015.pdf: 2197476 bytes, checksum: a0f442732e28ba900f7bc82946206efa (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-12-26T14:15:33Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - João Augusto Vieira de Oliveira - 2015.pdf: 2197476 bytes, checksum: a0f442732e28ba900f7bc82946206efa (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-26T14:15:33Z (GMT). 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The cDNA was then subjected to RT-qPCR to evaluate the expression of four genes studied. Significant differences were observed in the expression of RUBISCO gene in leaves of upland rice plants in the vegetative stage, where there was a higher expression in high-level fertility in the soil, while in the reproductive stage, there was a higher expression in the low fertility treatment. DA1 that negatively regulates cell proliferation was less expressed in the vegetative stage in the treatment with high level of fertility, suggesting the suppression of this gene. AVP1 was more expressed in the reproductive stage, probably in order to increase the availability of P in a fundamental phase for the formation of the grain. TOR was the most expressed gene in this work, with a greater expression in adequate conditions of fertility, confirming its action under favorable conditions of cultivation. This study indicates that even two species that diverged over 120 million years have conserved productivity related metabolic routes. Thus, genes previously studied and validated in the model species Arabidopsis and that are of interest to economically important crops such as rice, may be the starting point for the development of cultivars with higher performance and better agronomic traits. / Evidências indicam que, até 2030, será necessário um aumento em 40% da produção de arroz para que ele possa atender a demanda da população mundial. O objetivo desse estudo foi quantificar a expressão de genes de arroz homólogos a genes de Arabidopsis anteriormente relacionados à produtividade (RUBISCO, AVP1, DA1 e TOR) por meio da análise de RT-qPCR. Os genótipos usados no estudo foram as cultivares de arroz de sequeiro BRSMG Curinga e Primavera, e a cultivar antiga Douradão, as quais foram avaliadas em um experimento de rendimento sob dois níveis de fertilidade do solo, em esquema fatorial, em delineamento experimental inteiramente casualizado, com duas repetições. Amostras de tecido foliar foram coletadas nas fases vegetativa e reprodutiva, que foram utilizadas para o isolamento de RNA total e posterior síntese de cDNA. O cDNA foi, em seguida, submetido à RT-qPCR para avaliar a expressão dos quatro genes estudados. Foram observadas diferenças significativas na expressão do gene RUBISCO (Ribulose bifosfato Carboxilase/Oxigenase) em folhas de plantas de arroz de terras altas no estádio vegetativo, em que houve uma maior expressão em solo com fertilidade recomendada, enquanto que na fase reprodutiva, houve uma maior expressão no tratamento de baixa fertilidade. DA1 (Receptor de Ubiquitina), que regula negativamente a proliferação celular foi menos expresso no estádio vegetativo, no tratamento com elevado nível de fertilidade, sugerindo a supressão deste gene. AVP1(Arabidopsis Vacuolar Pirofosfatase) foi mais expresso no estádio reprodutivo, provavelmente para aumentar a disponibilidade de P em uma fase fundamental para a formação do grão. TOR (Alvo de rapamicina) foi o gene com maior nível de expressão, principalmente no solo com maior nível de fertilidade, confirmando sua ação em condições favoráveis de cultivo. Esse estudo indica que mesmo duas espécies que divergiram mais de 120 milhões anos, como é o caso de Arabidopsis e arroz, têm conservadas rotas metabólicas relacionadas à produtividade. Assim, os genes previamente estudados e validados na espécie modelo Arabidopsis e que são de interesse para as culturas economicamente importantes, como o arroz, podem ser o ponto de partida para o desenvolvimento de cultivares com maior desempenho e melhores características agronômicas.

Sporisorium scitamineum é um fungo basidiomiceto causador do carvão da cana-de-açúcar, uma doença com impacto negativo no cultivo da cana-de-açúcar, e com ocorrência em todos os países produtores. A manifestação da doença na cultura da cana depende da formação de uma hifa dicariótica a partir da anastomose de duas hifas haplóides compatíveis com relação ao tipo de reação sexual (mating-type). O controle do cruzamento sexuado (mating) é realizado pela expressão de um conjunto de genes presentes em dois loci, a e b. O locus a codifica um lipopeptídeo com função de feromônio e um receptor de feromônio, responsáveis pelo reconhecimento de células compatíveis e fusão de hifas, enquanto o locus b codifica fatores de transcrição que controlam a expressão de genes responsáveis pela manutenção das hifas dicarióticas durante o processo de infecção e crescimento do fungo dentro da planta. Apesar de desempenharem função essencial no processo de infecção e manutenção da doença em cana-de-açúcar, o conhecimento a respeito da organização genômica ou da função dos demais genes presentes nos loci a e b em S. scitamineum e em outros fungos causadores de carvão é ainda incipiente. Desta forma, o objetivo geral do presente trabalho foi isolar as regiões genômicas relacionadas aos genes de cruzamento em S. scitamineum e analisar comparativamente com regiões similares já descritas e depositadas em bancos de dados públicos. Para o isolamento destas regiões, foi construída uma biblioteca genômica em BAC de uma linhagem haplóide de S. scitamineum, a Ssc39 (+), isolada de uma variedade de cana-de-açúcar com sintomas de alta susceptibilidade. Foram selecionados 11 clones por PCR. Os insertos foram sequenciados e utilizados para confirmação da montagem dos loci no sequenciamento do genoma do fungo. Apesar do fungo S. scitamineum apresentar sistema bipolar de reação sexual assim como o fungo U. hordei, as análises comparativas de ambos os locus indicaram que S. scitamineum apresenta maior similaridade com o fungo S. reilianum principalmente com o alelo a1, no qual apresenta sistema tetrapolar de reação sexual. A anotação e caracterização dos genes do tipo de reação sexual (mating type) possibilitaram a comparação e melhor entendimento sobre esses genes de grande importância na patogenicidade e no ciclo de vida do fungo. / Sporisorium scitamineum is a basidiomycete fungus causing the smut disease in sugarcane, with a negative impact on the cultivation of sugarcane, and occurring in all producing countries. The manifestation of the disease in sugarcane crop depends on the formation of a dikaryotic hyphae originated of the anastomosis of two haploid mating type compatible cells. The control of the sexual crossing (mating) is performed by expression of a set of genes present in two loci, a and b. The locus a encodes a lipopeptide with the function of pheromone and pheromone membrane receptor responsible for cell recognition and compatible hyphal fusion, whereas the locus b encodes transcription factors that control the expression of genes responsible for the maintenance of the dikaryotic hyphal growth in plant. Although they play an essential role in the maintenance of infection and disease in sugarcane process, knowledge about the genomic organization and function of other genes in these two loci of S. scitamineum and other smut fungi is still incipient. Thus, the overall goal of this work was to isolate genomic regions related to the mating type in S. scitamineum and to perform a comparative analyze with similar regions described and deposited in public databases. For the isolation of these regions, we constructed a genomic BAC library of a haploid strain of S. scitamineum, the Ssc39 (+), isolated from a variety of sugarcane with symptoms of high susceptibility. Eleven clones were selected by PCR. The inserts were sequenced and used to confirm the assembly of both loci in the genome sequencing of the fungus. Although S. scitamineum belongs to the class of bipolar system of sexual response as well as the fungus U. hordei , the comparative analysis of both loci indicated that S. scitamineum shows greater similarity to the S. reilianum mainly with A1 allele, which has a tetrapolar system sexual response. The annotation of the genes and characterization mating type genes enabled the comparison and better understanding of the importance of these genes in the life cycle of the fungus.

Sporisorium scitamineum é um fungo basidiomiceto causador do carvão da cana-de-açúcar, uma doença com impacto negativo no cultivo da cana-de-açúcar, e com ocorrência em todos os países produtores. A manifestação da doença na cultura da cana depende da formação de uma hifa dicariótica a partir da anastomose de duas hifas haplóides compatíveis com relação ao tipo de reação sexual (mating-type). O controle do cruzamento sexuado (mating) é realizado pela expressão de um conjunto de genes presentes em dois loci, a e b. O locus a codifica um lipopeptídeo com função de feromônio e um receptor de feromônio, responsáveis pelo reconhecimento de células compatíveis e fusão de hifas, enquanto o locus b codifica fatores de transcrição que controlam a expressão de genes responsáveis pela manutenção das hifas dicarióticas durante o processo de infecção e crescimento do fungo dentro da planta. Apesar de desempenharem função essencial no processo de infecção e manutenção da doença em cana-de-açúcar, o conhecimento a respeito da organização genômica ou da função dos demais genes presentes nos loci a e b em S. scitamineum e em outros fungos causadores de carvão é ainda incipiente. Desta forma, o objetivo geral do presente trabalho foi isolar as regiões genômicas relacionadas aos genes de cruzamento em S. scitamineum e analisar comparativamente com regiões similares já descritas e depositadas em bancos de dados públicos. Para o isolamento destas regiões, foi construída uma biblioteca genômica em BAC de uma linhagem haplóide de S. scitamineum, a Ssc39 (+), isolada de uma variedade de cana-de-açúcar com sintomas de alta susceptibilidade. Foram selecionados 11 clones por PCR. Os insertos foram sequenciados e utilizados para confirmação da montagem dos loci no sequenciamento do genoma do fungo. Apesar do fungo S. scitamineum apresentar sistema bipolar de reação sexual assim como o fungo U. hordei, as análises comparativas de ambos os locus indicaram que S. scitamineum apresenta maior similaridade com o fungo S. reilianum principalmente com o alelo a1, no qual apresenta sistema tetrapolar de reação sexual. A anotação e caracterização dos genes do tipo de reação sexual (mating type) possibilitaram a comparação e melhor entendimento sobre esses genes de grande importância na patogenicidade e no ciclo de vida do fungo. / Sporisorium scitamineum is a basidiomycete fungus causing the smut disease in sugarcane, with a negative impact on the cultivation of sugarcane, and occurring in all producing countries. The manifestation of the disease in sugarcane crop depends on the formation of a dikaryotic hyphae originated of the anastomosis of two haploid mating type compatible cells. The control of the sexual crossing (mating) is performed by expression of a set of genes present in two loci, a and b. The locus a encodes a lipopeptide with the function of pheromone and pheromone membrane receptor responsible for cell recognition and compatible hyphal fusion, whereas the locus b encodes transcription factors that control the expression of genes responsible for the maintenance of the dikaryotic hyphal growth in plant. Although they play an essential role in the maintenance of infection and disease in sugarcane process, knowledge about the genomic organization and function of other genes in these two loci of S. scitamineum and other smut fungi is still incipient. Thus, the overall goal of this work was to isolate genomic regions related to the mating type in S. scitamineum and to perform a comparative analyze with similar regions described and deposited in public databases. For the isolation of these regions, we constructed a genomic BAC library of a haploid strain of S. scitamineum, the Ssc39 (+), isolated from a variety of sugarcane with symptoms of high susceptibility. Eleven clones were selected by PCR. The inserts were sequenced and used to confirm the assembly of both loci in the genome sequencing of the fungus. Although S. scitamineum belongs to the class of bipolar system of sexual response as well as the fungus U. hordei , the comparative analysis of both loci indicated that S. scitamineum shows greater similarity to the S. reilianum mainly with A1 allele, which has a tetrapolar system sexual response. The annotation of the genes and characterization mating type genes enabled the comparison and better understanding of the importance of these genes in the life cycle of the fungus.

O diabetes mellitus do tipo 1 (DM1) é uma doença autoimune que se desenvolve a partir da ação combinada de múltiplos fatores genéticos e ambientais, sendo caracterizada pela perda seletiva das células produtoras de insulina nas ilhotas pancreáticas em indivíduos geneticamente susceptíveis. O HLA de classe II, localizado no cromossomo humano 6p21.3, representa uma das regiões genômicas mais importantes associadas ao DM1, embora evidências apontem para a participação de diversos outros loci na susceptibilidade à doença. Essas regiões cromossômicas poderiam apresentar genes funcionalmente ativos com perfis transcricionais semelhantes ao camundongo Mus musculus, muito utilizado como modelo animal para o estudo de doenças humanas. Para testar esta hipótese, foi realizada análise dos perfis transcricionais de linfócitos periféricos provenientes de pacientes com DM1 e camundongos NOD (Non-obese diabetic) diabéticos, focando os genes situados em regiões de susceptibilidade. Foram utilizados dados de microarrays do genoma funcional completo da plataforma Agilent (Whole genome one-color Agilent 4x44k) de dezenove pacientes e oito controles, e de camundongos NOD pré-diabéticos e diabéticos. A linhagem NOD foi utilizada no estudo, pois representa um modelo experimental para o estudo do diabetes autoimune e desenvolve a doença espontaneamente. Para a análise dos dados de microarrays foi utilizado o software GeneSpring GX e os programas Cluster e TreeView. A modulação transcricional dos genes foi estabelecida comparando-se os pacientes com os controles, e os animais diabéticos com os pré-diabéticos. Os loci de susceptibilidade ao DM1 humano foram definidos utilizando-se uma tabela curada disponível no banco T1DBase (http://t1dbase.org) e seus correspondentes murinos, segundo o banco de dados Homology Maps (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/homology/maps/). Foram considerados para o estudo apenas os pares de homólogos com expressão em linfócitos humanos e murinos conforme os dados disponíveis no banco BioGPS (http://biogps.org). Avaliamos se os genes murinos estavam situados em regiões de susceptibilidade (Idd) ao DM1 do camundongo, utilizando-se o T1DBase. Todos os genes humanos selecionados com homologia com camundongo foram mapeados quanto à localização cromossômica, buscando-se por regiões de sintenia entre as duas espécies por meio da ferramenta Synteny disponível no banco de dados Ensembl Genome Browser (http://www. ensembl.org/). Os pares de homólogos situados em regiões sintênicas foram então verificados quanto à similaridade de sequência de DNA e identidade protéica entre humano e camundongo, utilizando-se dados do HomoloGene (http://www.ncbi.nlm.nih. gov/homologene/). Foram analisados 463 genes humanos, dos quais 73 apresentaram correspondência em camundongo e expressão em linfócitos T. Dos 73 genes identificados, 31 deles apresentaram mesma modulação de fold change entre as duas espécies, com 12 mapeados em regiões de susceptibilidade murinas (Idd). Dos doze genes em regiões Idd, 4 se apresentaram induzidos: APOM (Apom), COL11A2 (Col11a2), HLA-DOB (H2-Ob) e PRR3 (Prr3); e 8 reprimidos: CYP21A2 (Cyp21a1), STK19 (Stk19), PHTF1 (Phtf1), RSBN1 (Rsbn1), CDSN (Cdsn), TRIM39 (Trim39), VARS2 (Vars2) e IL21 (Il21). Foram identificados 59 genes em regiões de sintenia humano-camundongo, com 58 apresentando similaridade na sequência de DNA acima de 70% entre as duas espécies, e identidade de sequência de aminoácidos das respectivas proteínas variando de 61,4 a 99,7%. Esses resultados demonstram que a maioria dos genes estudados apresenta conservação funcional, como indicado pelo alto grau de identidade das proteínas. Além disso, evidenciou-se um compartilhamento de perfis de expressão de genes em regiões de susceptibilidade ao DM1 humano e murino, contribuindo para um melhor conhecimento das semelhanças entre o modelo animal (linhagem NOD) e o diabetes autoimune humano. / Type 1 diabetes (T1D) is a common autoimmune disease that arises from multiple genetic and environmental risk factors. It is characterized by selective loss of insulin-producing -cells in the pancreatic islets in genetically susceptible individuals. The HLA class II locus on human chromosome 6p21.3 represents one of the most important genomic regions associated with T1D but there are evidences for the participation of several others along the chromosomes, which also contribute to disease susceptibility. These chromosomal regions may harbor functional genes with transcriptional profiles similar to those presented by the mouse Mus musculus, an animal model highly used in researches of human diseases. To test this hypothesis, it was performed a transcriptome profiling analysis of peripheral lymphocytes from T1D patients and diabetic NOD (Non-obese diabetic) mice focusing those genes positioned in chromosomal susceptibility regions. To perform this analysis, whole genome one-color Agilent 4x44k microarrays were used from 19 patients and 8 controls and from pre-diabetic and diabetic NOD mice. NOD strain was used since It is a well established mouse model for T1D. GeneSpring GX software and Cluster and TreeView programs were applied for microarray data analysis. The transcriptional modulation was established by comparisons of diabetic patients versus controls and diabetic versus pre-diabetic animals. The human T1D susceptibility loci were defined using a curated human dataset available in T1DBase (http://t1dbase.org) and mouse counterparts according to Homology Maps database (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/homology/maps/). For the present study we considered only homolog gene pairs with expression in human and mouse lymphocytes taking into account data available in BioGPS database (http://biogps.org). Following these procedures, mouse genes were checked for chromosome location in order to subserve the establishment of syntenic regions. The human-mouse syntenic regions were defined using Synteny tool from Ensembl Genome Browser (http://www.ensembl.org/). The homolog gene pairs located in human-mouse syntenic regions were checked for DNA sequence similarity and protein identity according to HomoloGene data (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/homologene/). The 463 human genes were analyzed with 73 presenting murine counterparts and expression in lymphocytes. From these, 31 genes presented same fold change modulation in both species, with 12 of them mapped in murine diabetes susceptibility regions (Idd). The 12 genes in Idd regions showed different transcriptional modulations, 4 featured up-regulation: APOM (Apom), COL11A2 (Col11a2), HLA-DOB (H2- Ob) e PRR3 (Prr3); and 8 down-regulation: CYP21A2 (Cyp21a1), STK19 (Stk19), PHTF1 (Phtf1), RSBN1 (Rsbn1), CDSN (Cdsn), TRIM39 (Trim39), VARS2 (Vars2) e IL21 (Il21). 51 genes were identified in human-mouse syntenic regions with 58 presenting DNA sequence similarity above 70% and protein identity ranging from 61,4 to 99,7%. These results show that most genes studied present functional conservation, as indicated by the high degree of identity of the proteins. Additionally, it was observed shared expression profiles between human and murine T1D susceptibility regions. These results contribute to a better understanding of similarities between the animal model (NOD mouse strain) and human autoimmune diabetes.

O diabetes mellitus do tipo 1 (DM1) é uma doença autoimune que se desenvolve a partir da ação combinada de múltiplos fatores genéticos e ambientais, sendo caracterizada pela perda seletiva das células produtoras de insulina nas ilhotas pancreáticas em indivíduos geneticamente susceptíveis. O HLA de classe II, localizado no cromossomo humano 6p21.3, representa uma das regiões genômicas mais importantes associadas ao DM1, embora evidências apontem para a participação de diversos outros loci na susceptibilidade à doença. Essas regiões cromossômicas poderiam apresentar genes funcionalmente ativos com perfis transcricionais semelhantes ao camundongo Mus musculus, muito utilizado como modelo animal para o estudo de doenças humanas. Para testar esta hipótese, foi realizada análise dos perfis transcricionais de linfócitos periféricos provenientes de pacientes com DM1 e camundongos NOD (Non-obese diabetic) diabéticos, focando os genes situados em regiões de susceptibilidade. Foram utilizados dados de microarrays do genoma funcional completo da plataforma Agilent (Whole genome one-color Agilent 4x44k) de dezenove pacientes e oito controles, e de camundongos NOD pré-diabéticos e diabéticos. A linhagem NOD foi utilizada no estudo, pois representa um modelo experimental para o estudo do diabetes autoimune e desenvolve a doença espontaneamente. Para a análise dos dados de microarrays foi utilizado o software GeneSpring GX e os programas Cluster e TreeView. A modulação transcricional dos genes foi estabelecida comparando-se os pacientes com os controles, e os animais diabéticos com os pré-diabéticos. Os loci de susceptibilidade ao DM1 humano foram definidos utilizando-se uma tabela curada disponível no banco T1DBase (http://t1dbase.org) e seus correspondentes murinos, segundo o banco de dados Homology Maps (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/homology/maps/). Foram considerados para o estudo apenas os pares de homólogos com expressão em linfócitos humanos e murinos conforme os dados disponíveis no banco BioGPS (http://biogps.org). Avaliamos se os genes murinos estavam situados em regiões de susceptibilidade (Idd) ao DM1 do camundongo, utilizando-se o T1DBase. Todos os genes humanos selecionados com homologia com camundongo foram mapeados quanto à localização cromossômica, buscando-se por regiões de sintenia entre as duas espécies por meio da ferramenta Synteny disponível no banco de dados Ensembl Genome Browser (http://www. ensembl.org/). Os pares de homólogos situados em regiões sintênicas foram então verificados quanto à similaridade de sequência de DNA e identidade protéica entre humano e camundongo, utilizando-se dados do HomoloGene (http://www.ncbi.nlm.nih. gov/homologene/). Foram analisados 463 genes humanos, dos quais 73 apresentaram correspondência em camundongo e expressão em linfócitos T. Dos 73 genes identificados, 31 deles apresentaram mesma modulação de fold change entre as duas espécies, com 12 mapeados em regiões de susceptibilidade murinas (Idd). Dos doze genes em regiões Idd, 4 se apresentaram induzidos: APOM (Apom), COL11A2 (Col11a2), HLA-DOB (H2-Ob) e PRR3 (Prr3); e 8 reprimidos: CYP21A2 (Cyp21a1), STK19 (Stk19), PHTF1 (Phtf1), RSBN1 (Rsbn1), CDSN (Cdsn), TRIM39 (Trim39), VARS2 (Vars2) e IL21 (Il21). Foram identificados 59 genes em regiões de sintenia humano-camundongo, com 58 apresentando similaridade na sequência de DNA acima de 70% entre as duas espécies, e identidade de sequência de aminoácidos das respectivas proteínas variando de 61,4 a 99,7%. Esses resultados demonstram que a maioria dos genes estudados apresenta conservação funcional, como indicado pelo alto grau de identidade das proteínas. Além disso, evidenciou-se um compartilhamento de perfis de expressão de genes em regiões de susceptibilidade ao DM1 humano e murino, contribuindo para um melhor conhecimento das semelhanças entre o modelo animal (linhagem NOD) e o diabetes autoimune humano. / Type 1 diabetes (T1D) is a common autoimmune disease that arises from multiple genetic and environmental risk factors. It is characterized by selective loss of insulin-producing -cells in the pancreatic islets in genetically susceptible individuals. The HLA class II locus on human chromosome 6p21.3 represents one of the most important genomic regions associated with T1D but there are evidences for the participation of several others along the chromosomes, which also contribute to disease susceptibility. These chromosomal regions may harbor functional genes with transcriptional profiles similar to those presented by the mouse Mus musculus, an animal model highly used in researches of human diseases. To test this hypothesis, it was performed a transcriptome profiling analysis of peripheral lymphocytes from T1D patients and diabetic NOD (Non-obese diabetic) mice focusing those genes positioned in chromosomal susceptibility regions. To perform this analysis, whole genome one-color Agilent 4x44k microarrays were used from 19 patients and 8 controls and from pre-diabetic and diabetic NOD mice. NOD strain was used since It is a well established mouse model for T1D. GeneSpring GX software and Cluster and TreeView programs were applied for microarray data analysis. The transcriptional modulation was established by comparisons of diabetic patients versus controls and diabetic versus pre-diabetic animals. The human T1D susceptibility loci were defined using a curated human dataset available in T1DBase (http://t1dbase.org) and mouse counterparts according to Homology Maps database (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/homology/maps/). For the present study we considered only homolog gene pairs with expression in human and mouse lymphocytes taking into account data available in BioGPS database (http://biogps.org). Following these procedures, mouse genes were checked for chromosome location in order to subserve the establishment of syntenic regions. The human-mouse syntenic regions were defined using Synteny tool from Ensembl Genome Browser (http://www.ensembl.org/). The homolog gene pairs located in human-mouse syntenic regions were checked for DNA sequence similarity and protein identity according to HomoloGene data (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/homologene/). The 463 human genes were analyzed with 73 presenting murine counterparts and expression in lymphocytes. From these, 31 genes presented same fold change modulation in both species, with 12 of them mapped in murine diabetes susceptibility regions (Idd). The 12 genes in Idd regions showed different transcriptional modulations, 4 featured up-regulation: APOM (Apom), COL11A2 (Col11a2), HLA-DOB (H2- Ob) e PRR3 (Prr3); and 8 down-regulation: CYP21A2 (Cyp21a1), STK19 (Stk19), PHTF1 (Phtf1), RSBN1 (Rsbn1), CDSN (Cdsn), TRIM39 (Trim39), VARS2 (Vars2) e IL21 (Il21). 51 genes were identified in human-mouse syntenic regions with 58 presenting DNA sequence similarity above 70% and protein identity ranging from 61,4 to 99,7%. These results show that most genes studied present functional conservation, as indicated by the high degree of identity of the proteins. Additionally, it was observed shared expression profiles between human and murine T1D susceptibility regions. These results contribute to a better understanding of similarities between the animal model (NOD mouse strain) and human autoimmune diabetes.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-02-29Bitstream added on 2014-06-13T20:23:17Z : No. of bitstreams: 1 miziara_mn_dr_sjrp.pdf: 8388230 bytes, checksum: 735d0547b6a7d4ff2141893c4f8644a7 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Nsf - Nacional Science Foundation / O cromossomo 1 do genoma bubalino (BBU1), o maior cromossomo do cariótipo do búfalo de rio, é um cromossomo submetacêntrico que possui homologia com os cromossomos 1 e 27 do genoma bovino. Neste trabalho, apresentamos o primeiro mapa RH para este cromossomo, construído por meio da utilização de um painel de células somáticas híbridas irradiadas búfalo-roedor, denominado BBURH5000. O mapa consistiu em 69 marcadores derivados dos cromossomos bovinos BTA1 e BTA27, incluindo 48 genes codificantes, 17 microssatélites e quatro ESTs distribuídos em dois grupos de ligação. A freqüência de retenção observada entre os marcadores variou de 17.8% a 52.2%. A ordem dos marcadores dentro dos grupos de ligação foi, em sua maioria, idêntica a ordem encontrada nos mapas RH e de seqüência do genoma bovino. A análise comparativa do mapa RH obtido para BBU1 com o genoma humano revelou oito blocos homólogos de sintenia entre BBU1 e segmentos correspondentes dos cromossomos humanos 3, 4, 8 e 21, sendo a maioria deles rearranjados quanto à ordem dos genes e orientação dos blocos. Os blocos de sintenia também foram comparados com os genomas de outras espécies de mamíferos, como boi, chimpanzé, cachorro e cavalo. Considerando a inexistência de mapas de ligação para o búfalo de rio, o mapa RH obtido neste estudo fornece dados essenciais para os estudos comparativos deste cromossomo com qualquer outra espécie de mamífero. / The largest chromosome in the river buffalo karyotype, BBU1, is a submetacentric chromosome with reported homology between BBU1q and bovine chromosome 1 and between BBU1p and BTA27. We present the first radiation hybrid map of this chromosome containing 69 cattle derived markers including 48 coding genes, 17 microsatellites and four ESTs distributed in two linkage groups. The RH map was constructed based on the analysis of a recently developed river buffalo-hamster whole genome radiation hybrid panel (BBURH5000). The retention frequency of individual markers across the panel ranged from 17.8% to 52.2%. With few exceptions, the order of markers within linkage groups is identical to the order established for corresponding cattle sequence and RH maps. Comparative analysis between BBU1-RH5000 and the human genome revealed eight homologous synteny blocks corresponding to HSA3q, HSA4q, HSA8p and HSA21q. Most of the blocks showed rearrangements in the gene order and in the orientation of the synteny blocks. The synteny blocks were also compared with other mammalian genomes, such as bovine, chimpanzee, dog and horse. Considering that a genetic linkage map does not exist for river buffalo, the radiation hybrid map generated in this study provides valuable data for comparative mapping of BBU1 chromosome.

This thesis is part of the project \"Biodiversity and functioning of a subtropical coastal ecosystem: a contribution to integrated management\" funded by FAPESP - São Paulo Research Foundation - Process 2011/50317-5. Known as Biota Araçá, this project was performed in order to evaluate the diversity and the functionality of a subtropical tidal flat located at the northern coast of São Paulo State, a high diversity area. Our study, based on landmark analysis of fish body shape and otoliths shape, was conducted at the University of São Paulo in collaboration with researchers from the Institut de Ciències del Mar (Consejo Superior de Investigaciones Cientificas, Barcelona, Spain). The thesis was organized in five chapters. In the first one, we present a historical review about the use of morphology as a tool for the Science. Initially this theme was to supply my curiosity about \"how the shape of organisms contributed to the development of biodiversity studies\". The second chapter shows the dependence of the fish assemblages\' morphological structure according to the samplers utilized. For that, nine fishing gears were used to sample the Araçá fish assemblages and we determined which samplers are more useful to represent the total fish morphological variability of the area. Given the heterogeneity and complexity of habitats of Araçá Bay, we supposed that some habitats have major influence in the morphological diversity. Therefore, the aim of the third chapter was to determine how fish diversity techniques reveal the ichthyofauna of the three main habitats of Araçá Bay: intertidal, inner/outer sublittoral, marginal shallow sublittoral (elected as results of the previous chapter). Here we emphasize the importance of abundance data and morpho-functional approaches to understand fish habitat complexities, and consequently, the ecosystem functioning. Thus, we present the more sensible habitats in case of the Araçá\'s environmental degradation. During the development of our study, one question emerged: \"are sagittae landmarks able to describe the fish assemblage biodiversity as well as are fish body shapes?\" To answer this question, in the fourth chapter, the morphological correspondence between fish body shapes and otolith sagittae shapes were assessed. We investigated 43 species using different shape descriptors, attempting to habit, diet, swimming type, and hearing capabilities. Other specific questions were answered: 1- which method: shape indices, wavelets or landmarks, better discriminate species classification and, 2- which one shows the ecological significance of otoliths? In the last chapter, considerations are presented taking in account our initial question \"Are landmarks analysis adequate to identify fish assemblages in a subtropical ecosystem?\" The conclusion is that the method is a useful tool to describe fish body and otolith shapes as well as to define fish assemblages in highly diverse ecosystems. / Esta tese é parte do projeto \"Biodiversidade e funcionamento de um ecossistema subtropical: uma contribuição ao manejo integrado\" financiado pela FAPESP - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo - Processo 2011/ 50317-5. Conhecido como Biota Araçá, este projeto foi desenvolvido com o objetivo de avaliar a diversidade e a funcionalidade de uma planície de maré subtropical localizada no litoral norte do Estado de São Paulo, uma área de alta diversidade. Nosso estudo, baseado na análise de pontos homólogos relacionados à forma dos corpos de peixes e à forma de otólitos, foi conduzido na Universidade de São Paulo com a colaboração de pesquisadores do Institut de Ciències del Mar (Consejo Superior de Investigaciones Cientificas, Barcelona, Espanha). A tese está organizada em cinco capítulos. No primeiro, apresentamos uma revisão histórica sobre o uso da morfologia como ferramenta para a Ciência. Inicialmente, este tema surgiu a partir da nossa curiosidade sobre \"como a forma dos organismos contribuiu para o desenvolvimento dos estudos de biodiversidade\". O segundo capítulo mostra a dependência da estrutura morfológica das assembléias de peixes de acordo com os amostradores utilizados. Para isso, nove artes de pesca foram empregadas para amostrar as assembléias de peixes do Araçá e, foi analisado quais delas foram mais úteis para representar a variabilidade morfológica total das espécies presentes na área. Dada a heterogeneidade e complexidade dos habitats da Baía do Araçá, supusemos que alguns deles apresentariam maior influência na diversidade morfológica da ictiofauna. Assim, o objetivo do terceiro capítulo foi analisar como as técnicas utilizadas na avaliação da diversidade de peixes revelam esta diversidade nos três principais habitats da Baía do Araçá: entremarés, sublitoral interno/externo, sublitoral marginal raso (eleitos a partir dos resultados obtidos no capítulo anterior). Aqui, enfatizamos a importância dos dados de abundância e de abordagens morfofuncionais para entender as complexidades dos habitats para os peixes e, consequentemente, o funcionamento do ecossistema. Ainda aqui, apresentamos os habitats mais sensíveis no caso de uma degradação ambiental do Araçá. Durante o desenvolvimento do estudo, uma questão emergiu: \"pontos homólogos em sagittae são capazes de descrever a biodiversidade da assembléia de peixes, assim como o são as formas corporais?\" Para responder esta questão, no quarto capítulo, avaliamos a correspondência morfológica entre formas corporais de peixes e formas de otólitos sagittae. Nós investigamos 43 espécies utilizando diferentes descritores de forma, com vistas aos hábitos, dieta, tipo de natação e capacidades auditivas. Outras questões específicas foram respondidas: 1- qual método: índices de forma, wavelets ou landmarks, melhor discriminam as espécies para classificação e, 2- qual deles mostra a significância ecológica dos otólitos? No último capítulo, são apresentadas considerações levando em conta nossa pergunta inicial \"A análise de pontos homólogos é adequada para identificar assembléias de peixes em um ecossistema subtropical?\" A conclusão é que o método é uma ferramenta útil para descrever formas de corpos de peixes e otólitos, bem como definir associações de peixes em ecossistemas altamente diversificados.