Esta tese de doutorado descreve os estudos realizados para elucidar a biologia molecular da bioluminescência fúngica e sua relevância ecológica na natureza. A recente descoberta de que a luciferina fúngica é a 3-hidroxihispidina permitiu a caracterização do metabolismo secundário da fenilalanina nos genomas recém-sequenciados e transcriptomas de micélios das espécies luminescentes Panellus stipticus e Neonothopanus gardneri. Adicionalmente os genomas e transcriptomas de variedades não luminescente de P. stipticus e Lentinula edodes serviram como respectivos controles. Em geral, os genes envolvidos no metabolismo secundário da fenilalanina em amostras luminescentes tinham expressão igual ou superior àquela de espécies não luminescentes. Um agrupamento de genes relacionados com a biossíntese de fenilalanina foi encontrado em ambos os genomas luminescentes e não luminescentes de P. stipticus. A abundância de genes transcritos neste agrupamento foi semelhante para as espécies luminescentes e não luminescentes de P. stipticus, mas a policetídeo sintase tipo I em P. stipticus não luminescentes foi significativamente sub-regulada. Não foi encontrado agrupamento semelhante nos genomas de N. gardneri e L. edodes, sendo que os correspondentes homólogos estavam espalhados em diferentes loci. Extratos de fungos podem ser preparados in vitro, com a adição de 3-hidroxihispidina para produzir luz verde em abundância. A preparação de extratos proteicos de luciferase foi melhorada e a estrutura da luciferase, parcialmente purificada, foi investigada por espectrometria de massas. A presença de luciferase nos géis de purificação foi revelada usando-se luciferina e molécula similares à luciferina advindas de extratos de plantas. O nicho ecológico nas vizinhas de cogumelos bioluminescentes foi investigado de duas maneiras, armadilhas adesivas com cogumelos artificiais de acrílico, iluminados com luz LED verde e através da observação direta de cogumelos bioluminescentes com fotografia no infravermelho com lapso de tempo. Os estudos ecológicos foram conduzidos nos biomas da Mata Atlântica e da Mata dos Cocais, no Brasil. Baratas, aranhas, tesourinhas, grilo e vagalumes tec-tecs foram os animais mais comuns que interagiram com os cogumelos. Todos estes animais podem agir como dispersores de propágulos e, em alguns casos, como defensores dos cogumelos. / This PhD thesis describes the studies performed to elucidate the molecular biology of fungal bioluminescence and the ecological significance of the trait in the wild. The recent discovery that the fungal luciferin is 3-hydroxyhispidin has allowed for the characterization of phenylalanine secondary metabolism in the newly sequenced genomes and mycelium transcriptomes of luminescent Panellus stipticus and Neonothopanus gardneri, additionally the genomes and transcriptomes of a non-luminescent variety of P. stipticus and Lentinula edodes served as respective controls. In general the genes involved in phenylalanine secondary metabolism had greater or equal expression in luminescent samples than non luminescent. A cluster of genes related to the secondary metabolism of phenylalanine was found in both luminescent and non luminescent P. stipticus genomes. Transcript abundance of genes in this cluster was similar in both luminescent and non-luminescent Panellus stipticus, but the type I polyketide synthase in non luminescent Panellus stipticus was significantly down regulated. A similar gene cluster in the N. gardneri and L. edodes genomes was absent with corresponding homologues scattered at different genomic loci. Cell free fungal extracts can be combined in vitro with the addition of 3-hydroxyhispidin to produce abundant green light. Preparation of proteinaceous luciferase extracts was improved and partially purified luciferase samples were investigated by mass spectrometry. The presence of luciferase in the separation gel was also evidenced by using luciferin and luciferin-like molecules from plant extracts. The ecological niche surrounding bioluminescent mushrooms was investigated through two main means, glue traps with acrylic mushroom facsimiles that were internally illuminated with green LED lights and direct observation of bioluminescent mushrooms with infrared time lapse photography. Ecological studies were performed in the Atlantic rainforest (Mata Atlântica) and transitional Coconut Palm forest (Mata dos Cocais) biomes of Brazil. Cockroaches, spiders, earwigs, crickets, and luminescent click beetles were the most common animal interacting with mushrooms. All of these animals may be acting as fungal propagule dispersers and in some cases defense of the mushroom.

A ampla diversidade metabólica das cianobactérias é associada não somente a sua importância nos ciclos biogeoquímicos, mas também a sua distribuição global. Tal característica também é responsável pela capacidade destes organismos em produzir uma ampla variedade de substâncias de estruturas incomuns e atividades de interesse para o homem. Microcystis é um gênero cianobacteriano reconhecido como produtor de mais de duas centenas de produtos naturais, incluindo cianotoxinas. Microcystis aeruginosa é uma espécie frequentemente encontrada em florações, portanto causando preocupações sobre sua influência ecológica, especialmente em corpos d\'água doce utilizados para consumo humano. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi o levantamento da diversidade e quantidade de metabólitos secundários que podem ser produzidos pela espécie, através de análises genômicas, além de variáveis que podem potencialmente interferir nas análises computacionais, procurando-se por padrões na espécie, e comparando-se 18 linhagens de todos os continentes. Foi encontrado o total de 235 agrupamentos relacionados ao metabolismo secundário, categorizados em 12 classes segundo as estruturas de seus produtos, nas 18 linhagens, evidenciando a riqueza de agrupamentos relacionados ao metabolismo secundário encontrados nesta espécie. Destes agrupamentos, os mais abundantes pertencem às categorias dos Terpenos, Híbridos, Bacteriocinas e NRPS. Entre as NRPS, nenhuma foi comum a todas as linhagens. Ainda, a quantidade de agrupamentos variou entre 6 e 21, e a quantidade de categorias de produtos variou entre 4 e 10, mostrando uma distribuição heterogênea de agrupamentos e tipos de metabólitos preditos. Esta distribuição heterogênea foi detalhada para melhor compreensão deste padrão encontrado na espécie. Dos agrupamentos de NRPS, os três mais frequentes foram selecionados para uma análise pormenorizada de sua estrutura e sequência: aeruginosina (15 linhagens), microcistina (11 linhagens), e micropeptina (15 linhagens). O agrupamento de micropeptina encontrado nas linhagens SPC777, TAIHU98 e PCC 9806 se mostrou amplamente dissimilar com relação à referência utilizada, potencialmente indicando um erro de identificação causado pela plataforma antiSMASH utilizada para a localização dos agrupamentos. Análises de colinearidade genômica mostram uma baixíssima sintenia entre os genomas das linhagens em análise, sugerindo frequentes eventos de reorganização genômica. Ainda, análises de pangenoma mostram um cenário em que mais genomas desta espécie são necessários para a estimativa da quantidade total de genes diferentes que a espécie pode possuir, o que é interessante para futuros estudos de procura de metabólitos secundários. Análises do genoma cerne apontam para uma estimativa segura de 1.944 genes comuns a todos os genomas desta espécie, o que corresponde entre 35% e 50% dos genes em cada linhagem. Análises estatísticas apontam para diferentes graus de interferência não linear da quantidade de sequências contíguas na observação de diferentes padrões de outras características genômicas, sugerindo precaução nas expectativas com relação ao metabolismo secundário em caso de linhagens em que a montagem gênica ultrapasse o limite superior aproximado de 100 sequências contíguas. / The wide metabolic diversity of cyanobacteria is associated not only with their importance in biogeochemical cycles, but also with their global distribution. Such a feature is also responsible for the ability of these organisms to produce a wide variety of substances with unusual structures and activities of interest to man. Microcystis is a cyanobacterial genus recognized as a producer of more than two hundred natural products, including cyanotoxins. Microcystis aeruginosa is a species frequently found in cyanobacterial blooms, thus causing concerns about its ecological influence, especially in freshwater bodies used for human consumption. In this way, the objective of this work was the survey of the diversity and quantity of secondary metabolites that can be produced by the species, through genomic analyzes, besides variables that can potentially interfere in the computational analyzes, searching for patterns in the species, and comparing 18 strains from all the continents. A total of 235 clusters, categorized in 12 classes according to the structure of their products, were found in the 18 strains, evidencing the richness of clusters related to the secondary metabolism found in this species. Of these clusters, the most abundant belong to the categories of Terpenes, Hybrids, Bacteriocins and NRPS. Among NRPS, none were common to all strains. Also, the number of groups ranged from 6 to 21, and the number of product categories ranged from 4 to 10, showing a heterogeneous distribution of predicted groupings and types of metabolites. Such a heterogeneous distribution was detailed for a better understanding of this pattern found in the species. Of the NRPS clusters, the three most frequent were selected for a detailed analysis of their structure and sequence: aeruginosin (15 strains), microcystin (11 strains), and micropeptin (15 strains). The micropeptide cluster found in the SPC777, TAIHU98 and PCC 9806 strains was widely dissimilar to the reference, só potentially indicating an identification error caused by the antiSMASH platform used to locate the clusters. Genomic collinearity analyzes showed a very low synteny among the genomes of the strains under analysis, suggesting frequent events of genomic reorganization. Also, pangenome analyzes show a scenario in which more genomes of this species are needed for the estimation of the total amount of different genes the species may possess, which is interesting for future studies conserning secondary metabolites. Coregenome analyzes point to a reliable estimate of 1,944 genes common to all genomes of this species, which corresponds to 30% up to 50% of the genes in each strain. Statistical analyzes point to different degrees of non-linear interference of the number of contiguous sequences on the observation of different patterns of other genomic characteristics, suggesting necessary caution about expectations regarding the secondary metabolism in case of strains in which the gene assembly exceeds the approximate upper limit of 100 contiguous sequences.

A ampla diversidade metabólica das cianobactérias é associada não somente a sua importância nos ciclos biogeoquímicos, mas também a sua distribuição global. Tal característica também é responsável pela capacidade destes organismos em produzir uma ampla variedade de substâncias de estruturas incomuns e atividades de interesse para o homem. Microcystis é um gênero cianobacteriano reconhecido como produtor de mais de duas centenas de produtos naturais, incluindo cianotoxinas. Microcystis aeruginosa é uma espécie frequentemente encontrada em florações, portanto causando preocupações sobre sua influência ecológica, especialmente em corpos d\'água doce utilizados para consumo humano. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi o levantamento da diversidade e quantidade de metabólitos secundários que podem ser produzidos pela espécie, através de análises genômicas, além de variáveis que podem potencialmente interferir nas análises computacionais, procurando-se por padrões na espécie, e comparando-se 18 linhagens de todos os continentes. Foi encontrado o total de 235 agrupamentos relacionados ao metabolismo secundário, categorizados em 12 classes segundo as estruturas de seus produtos, nas 18 linhagens, evidenciando a riqueza de agrupamentos relacionados ao metabolismo secundário encontrados nesta espécie. Destes agrupamentos, os mais abundantes pertencem às categorias dos Terpenos, Híbridos, Bacteriocinas e NRPS. Entre as NRPS, nenhuma foi comum a todas as linhagens. Ainda, a quantidade de agrupamentos variou entre 6 e 21, e a quantidade de categorias de produtos variou entre 4 e 10, mostrando uma distribuição heterogênea de agrupamentos e tipos de metabólitos preditos. Esta distribuição heterogênea foi detalhada para melhor compreensão deste padrão encontrado na espécie. Dos agrupamentos de NRPS, os três mais frequentes foram selecionados para uma análise pormenorizada de sua estrutura e sequência: aeruginosina (15 linhagens), microcistina (11 linhagens), e micropeptina (15 linhagens). O agrupamento de micropeptina encontrado nas linhagens SPC777, TAIHU98 e PCC 9806 se mostrou amplamente dissimilar com relação à referência utilizada, potencialmente indicando um erro de identificação causado pela plataforma antiSMASH utilizada para a localização dos agrupamentos. Análises de colinearidade genômica mostram uma baixíssima sintenia entre os genomas das linhagens em análise, sugerindo frequentes eventos de reorganização genômica. Ainda, análises de pangenoma mostram um cenário em que mais genomas desta espécie são necessários para a estimativa da quantidade total de genes diferentes que a espécie pode possuir, o que é interessante para futuros estudos de procura de metabólitos secundários. Análises do genoma cerne apontam para uma estimativa segura de 1.944 genes comuns a todos os genomas desta espécie, o que corresponde entre 35% e 50% dos genes em cada linhagem. Análises estatísticas apontam para diferentes graus de interferência não linear da quantidade de sequências contíguas na observação de diferentes padrões de outras características genômicas, sugerindo precaução nas expectativas com relação ao metabolismo secundário em caso de linhagens em que a montagem gênica ultrapasse o limite superior aproximado de 100 sequências contíguas. / The wide metabolic diversity of cyanobacteria is associated not only with their importance in biogeochemical cycles, but also with their global distribution. Such a feature is also responsible for the ability of these organisms to produce a wide variety of substances with unusual structures and activities of interest to man. Microcystis is a cyanobacterial genus recognized as a producer of more than two hundred natural products, including cyanotoxins. Microcystis aeruginosa is a species frequently found in cyanobacterial blooms, thus causing concerns about its ecological influence, especially in freshwater bodies used for human consumption. In this way, the objective of this work was the survey of the diversity and quantity of secondary metabolites that can be produced by the species, through genomic analyzes, besides variables that can potentially interfere in the computational analyzes, searching for patterns in the species, and comparing 18 strains from all the continents. A total of 235 clusters, categorized in 12 classes according to the structure of their products, were found in the 18 strains, evidencing the richness of clusters related to the secondary metabolism found in this species. Of these clusters, the most abundant belong to the categories of Terpenes, Hybrids, Bacteriocins and NRPS. Among NRPS, none were common to all strains. Also, the number of groups ranged from 6 to 21, and the number of product categories ranged from 4 to 10, showing a heterogeneous distribution of predicted groupings and types of metabolites. Such a heterogeneous distribution was detailed for a better understanding of this pattern found in the species. Of the NRPS clusters, the three most frequent were selected for a detailed analysis of their structure and sequence: aeruginosin (15 strains), microcystin (11 strains), and micropeptin (15 strains). The micropeptide cluster found in the SPC777, TAIHU98 and PCC 9806 strains was widely dissimilar to the reference, só potentially indicating an identification error caused by the antiSMASH platform used to locate the clusters. Genomic collinearity analyzes showed a very low synteny among the genomes of the strains under analysis, suggesting frequent events of genomic reorganization. Also, pangenome analyzes show a scenario in which more genomes of this species are needed for the estimation of the total amount of different genes the species may possess, which is interesting for future studies conserning secondary metabolites. Coregenome analyzes point to a reliable estimate of 1,944 genes common to all genomes of this species, which corresponds to 30% up to 50% of the genes in each strain. Statistical analyzes point to different degrees of non-linear interference of the number of contiguous sequences on the observation of different patterns of other genomic characteristics, suggesting necessary caution about expectations regarding the secondary metabolism in case of strains in which the gene assembly exceeds the approximate upper limit of 100 contiguous sequences.

Fungos produzem muitas substâncias bioativas em baixas quantidades. A utilização de técnicas de planejamento experimental e de análise multivariada podem otimizar as condições de cultivo. No presente estudo, foi desenvolvida uma abordagem para incrementar a produção de compostos macrocíclicos relacionados às curvularinas, produzidos pela linhagem Penicillium sp. em baixas concentrações. A linhagem de Penicillium sp. foi crescida sob um conjunto de diferentes condições, determinadas por combinações das variáveis, tempo de crescimento, temperatura, concentração de nutrientes, agitação e concentração de sais. Depois do crescimento, a filtração e extração em fase sólida dos meios de cultura de cada experimento de crescimento forneceram 4 frações que foram submetidas a análises químicas por CLAE-UV-EM. As respostas obtidas (massa das frações, área e número de picos cromatográficos) foram tratados por meio de uma metodologia multicritério, a função de desejabilidade. Utilizando os valores de desejabilidade global, calcularam-se os efeitos principais e de interação das variáveis sobre a produção de metabolitos secundários. Foram estabelecidas duas condições ótimas para a produção de compostos relacionados às curvularinas as quais requerem: baixas concentrações salinas, longo tempo de incubação, sem agitação, alta concentração de nutrientes, mas diferentes temperaturas. Uma das condições produziu quantidades elevadas de citrinina, enquanto a outra permitiu o isolamento de 1 nova curvularina e 5 novos compostos relacionados às curvularinas, mas contendo um anel tetrahidrotiofeno fundido à lactona. As alterações químicas no perfil químico produzido em meio de cultura por Penicillium, sp., usando apenas diferentes temperaturas de incubação ilustra a viabilidade da utilização do planejamento experimental, com o objetivo de maximizar a produção, quer de um metabolito único ou uma diversidade de substâncias, produzidas por uma linhagem microbiana.<br /> / Fungi produce many useful metabolites. Application of experimental design techniques and chemometric analysis are able to optimize the fungi culture conditions. In the present investigation, it was developed a refined procedure to improve the production of macrocyclic compounds curvularin-like, produced in low concentrations by Penicillium sp. lineage. The Penicillium sp. lineage was cultivated under different conditions, determined by a combination of selected variables: time of growth, temperature, total concentration of nutrients, growth under shaking or still mode and total concentration of inorganic salt. After growth, filtration and solid phase extraction of the culture media of each growth experiment provided four fractions that were analyzed by HPLC/UV/MS. The outputs (mass fractions, total area under chromatogram, and number of chromatographic peaks) were treated by a multicriteria approach, the desirability function. Using the global desirability values, we calculated the main and interaction effects of the variables on the production of secondary metabolites. Two optimal conditions were established for the production of compounds curvularin-like: low concentration of inorganic salt, long incubation time on still mode, high concentration of nutrients but different temperatures. One of the conditions produced high amounts of citrinin, while the other allowed the isolation of one new curvularin and five novel related compounds containing a tetrahydrothiophene ring fused to the lactone. Chemical changes in chemical profile produced in the culture media by Penicillium sp. using just different incubation temperatures shows the feasibility of using the experimental design in order to improve the production of either a single metabolite or a diversity of compounds produced by a microbial lineage.<br/>

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:37:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Monica_Anghinoni_Muller.pdf: 756682 bytes, checksum: 61f5a661d3ee29d68326be6cb32f6bc7 (MD5) Previous issue date: 2015-02-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The nematode Pratylenchus brachyurus known as nematode lesions, affects the soybean crop caused significant damage, this means that there is a need to develop alternatives that supply the control of pathogens by aggregating in productivity. Then the objective is to verify the influence of homeopathic Mercurius solubilis in different potencies in soybean plants and on control of the nematode. For this, three experiments were carried out in climatized greenhouse, testing the potencies of 6, 12, 24, 50, 100, 200 and 400CH (centesimal Hahnemannian) of Mercurius solubilis, ethanol 30% and healthy plants (untreated and not inoculated) were used as control treatment. The treatments were applied weekly from the V3 growth stage of soybeans. Three days after the first treatment, inoculation of nematodes was done. After 50 and 70 days after inoculation of the first and second experiment respectively, were made assessments of the aerial part height, stem diameter, number of pods per plant, dry weight of aerial part, dry weight of leaf + petiole + stem, dry mass of total pods, dry weight per pod, fresh weight of root, and were count juvenile, adults and eggs in the soil and in roots, and determined the reproduction factor (RF). In the third experiment, were quantified enzymes involved in secondary metabolism of plants, peroxidase (POX), phenylalanine ammonia lyase (PAL) and polyphenol oxidase (PPO). The sample of roots were taken at intervals of 0, 3, 7 and 14 days after treatment (DAT) and in the 3rd DAT, inoculation was made. In laboratory was conducted a experiment to evaluate in vitro motility and mortality, a distilled water solution containing 100 ml-1 juveniles and adults were placed in plastic container and add 7 mL of in vivo treatments tested at a dilution of 0.1%. The experiments were conducted in a randomized block design. The potencies 24CH, 50CH, 200CH and 100CH reduce the number of adults and juveniles in soil, as well as the reproduction factor, furthermore 100CH is able to interfere in the productive aspects, increasing 107.5% in the number of pods when compared to the control ethanol 30%, as well as dynamization 6CH and 12CH. To POX the enzymatic activity was higher for dynamizations 6CH, 100CH and 400CH, 3, 7 and 14 DAT respectively. The PAL activity presented increases of 79.93%, 80.72% and 84.10% in dynamizations 6CH, 12CH and 24CH respectively compared to control treatment, 3 DAT. 14 days after the first treatment, 400CH dynamization showed an increase in the enzymatic activity of 53.41% and 32.21% when compared to the control ethanol 30% and absolute control respectively. The dynamization 24CH when compared to absolute control showed an increase of 41.10% in the enzymatic activity. So Mercurius solubilis may be a potential alternative for the control of the nematode / O nematoide Pratylenchus brachyurus conhecido como nematoide das lesões, afeta a cultura da soja causado danos expressivos, isso faz com que haja a necessidade de desenvolver alternativas que supram o controle dos patógenos, agregando em produtividade. Objetivou-se então, verificar a influência do medicamento homeopático Mercurius solubilis em diferentes dinamizações nas plantas de soja e no controle de P. brachyurus. Para tanto, foram conduzidos três experimentos em casa de vegetação climatizada, testando-se as dinamizações de 6, 12, 24, 50, 100, 200 e 400CH (centesimal hahnemanniana) de Mercurius solubilis, Etanol 30% e plantas sadias (não tratada e não inoculada) foram utilizadas como tratamento testemunha. Os tratamentos foram aplicados semanalmente a partir do estádio fenológico V3 da soja. Três dias após o primeiro tratamento, foi feita a inoculação dos nematoides. Decorridos 50 e 70 dias após a inoculação do primeiro e segundo experimento respectivamente, foram realizadas as avaliações de altura de parte aérea, diâmetro do coleto, número de vagens por planta, massa seca de parte aérea, massa seca de folha+pecíolo+caule, massa seca total de vagens, massa seca por vagem, massa fresca de raiz, e contagem de juvenis, adultos e ovos presentes no solo e na raiz, e determinado o fator de reprodução (FR). No terceiro experimento, foram quantificadas enzimas envolvidas no metabolismo secundário das plantas, peroxidase (POX), fenilalanina amônia-liase (FAL) e a polifenoloxidase (PFO). As coletas das amostras de raízes foram realizadas no intervalo de 0, 3, 7 e 14 dias após o tratamento (DAT) sendo que no 3º DAT foi feita a inoculação. Em laboratório foi realizado experimento in vitro para avaliação de motilidade e mortalidade, uma solução de água destilada contendo 100 juvenis e adultos mL-1 foi depositada em recipiente plástico, e adicionados 7 mL dos tratamentos testados in vivo na diluição de 0,1%. Os experimentos foram conduzidos em delineamento em blocos casualizados. As dinamizações 24CH, 50CH, 100CH e 200CH reduzem o número de juvenis e adultos presentes no solo, assim como o fator de reprodução, além disso, a dinamização 100CH é capaz de interferir em aspectos produtivos pelo aumento de 107,5% no número de vagens quando comparada à testemunha etanol 30%, assim como a dinamização 6CH e 12CH. Para POX a atividade enzimática foi superior para as dinamizações 6CH, 100CH e 400CH, em 3, 7 e 14 DAT respectivamente. A atividade de FAL apresentou incrementos de 79,93%, 80,72% e 84,10% nas dinamizações 6CH, 12CH e 24CH respectivamente em relação à testemunha absoluta, 3 DAT. 14 dias após o primeiro tratamento, a dinamização 400CH mostrou um aumento na atividade enzimática de 53,41% e 32,21% quando comparada à testemunha etanol 30% e testemunha absoluta respectivamente. A dinamização 24CH quando comparada a testemunha absoluta mostrou um acréscimo de 41,10% na atividade enzimática. Assim Mercurius solubilis pode ser uma alternativa potencial para o controle de P. brachyurus

O estudo fitoquímico de Peperomia oreophila revelou a presençca de duas lignanas furofurânicas (7R, 8R, 7R, 8R)-3,4,5-trimetóxi-3,4-metilenodioxi-5-metóxi- 8.8,7.O.9,7.O.9-lignana (1), (7R, 8R, 7R, 8R)-3,4,5-trimetóxi-3,4,5-trimetóxi- 8.8,7.O.9,7.O.9-lignana (2); as duas amidas (2E)-N-isobutil-3-(5-metóxi-7,8- benzodioxol-1-il)acrilamida (3), (2E)-N-isobutil-3-(3,4,5-trimetóxifenil)acrilamida (4), três derivados de acido cinâmico (2E)-3-(3,4,5-trimetóxifenil)acrilato de metila (5), (2Z)-3- (3,4,5-trimetóxifenil)acrilato de metila (6), (2E)-3-(5-metóxi-7,8-benzodioxol-1-il)acrilato de metila (7); os dois policetídeos fenólicos [(2E)-3,7-dimetilocta-2,6-dien-1-il]-5- metil-2-(3-metilbut-2-en-1-il)benzeno-1,3-diol (8) (inédita) e [(2E)-3,7-dimetilocta- 2,6-dien-1-il]-2,2,7-trimetil-2H-cromen-5-ol (9); de P. arifolia: o policetídeo fenólico [(2E)-3,7-dimetilocta-2,6-dien-1-il]-5-metil-2-(3-metilbut-2-en-1-il) benzeno-1,3-diol, isolada também de P. oreophila (10) (inédita); de P. urocarpa: o policetídeo fenólico 5- metil-2-[(2E,6E)-3,7,11-trimetildodeca-2,6,10-trien-1-il] benzeno-1,3-diol (11) e o ácido 2,4-dihidróxi-6-metil-3-[(2E,6E)-3,7,11-trimetildodeca-2,6,10-trien-1-il] benzóico, (12); de P. nitida: o fenilpropanoide apiol (1-alil-3,6-dimetóxi-10,11- benzodioxol) (13), os cromenos 7-hidróxi-2,2,5-trimetil-2H-cromeno-carboxilato de metila (14) e o 7-metóxi-2,2,5-dimetil-2H-cromeno-6-carboxilato de metila (15). O policetídeo 2-hidróxi-4,6-dimetóxiacetofenona, principal metabólito das folhas de P. glabella, teve sua biossíntese investigada utilizando-se como precursores o acetil-CoA e o malonil-CoA. Foram realizados estudos de otimização da atividade de policetídeo sintase (PKS) em função do pH, tempo de reação, temperatura e saturação de substratos, além de estudos da variação circadiana. Estudos de genes de PKS resultaram em amplificações cujo seqüenciamento poderá determinar a identidade dessas regiões e homologia entre as seqüências dessas Peperomias e a região KS do gene AviM de Streptomyces viridochromogenes que expressa o ácido orselínico / The phytochemical investigation carried out on Peperomia oreophila revealed the accumulation of two furofuran lignans (7R,8R,7R,8R)-3,4,5-trimethoxy-3,4- methylenedioxy-8.8, 7.O.9, 9.O.7-lignan (1), (7, 8R, 7R, 8)-3,4,5-trimethoxy-3,4,5- trimethoxy-8.8-7.O.9, 9.O.7-lignan (2); two amides (2´E)-N-isobutyl-3´-(5-methoxy-7,8- benzodioxol-1-yl) acrylamide (3), (2E)-N-isobutyl-3-(3,4,5-trimethoxyphenyl)acrylamide (4), three derivate cinâmic acid methyl (2E)-3-(3,4,5-trimethoxyphenyl)acrylate (5), methyl (2Z)-3-(3,4,5-trimethoxyphenyl)acrylate (6), methyl (2E)-3-(5-methoxy-7,8- benzodioxol-1-yl)acrylate (7); two phenolic polyketides [(2E)-3,7-dimethylocta-2,6- dien-1-yl]-5-methyl-2-(3-methylbut-2-en-1-yl)benzene-1,3-diol (8) (novel), [(2´E)-3´,7´- dimethylocta-2´,6´-dien-1-yl]-2,2,7-trimethyl-2H-chromen-5-ol (9); P. arifolia, two phenolic polyketide [(2E)-3,7-dimethylocta-2,6-dien-1-yl]-5-methyl-2-(3-methylbut-2- en-1-yl)benzene-1,3-diol, also isolated from P. oreophila (10) (novel); P. urocarpa, the two phenolic polyketides 5-methyl-2-[(2E,6E)-3,7,11-trimethyldodeca-2,6,10-trien-1- yl]benzene-1,3-diol (11) and 2,4-dihydroxy-6-methyl-3-[(2E,6E)-3,7,11-trimethyldodeca- 2,6,10-trien-1-yl]benzoic acid (12); P. nitida, the phenylpropanoid apiole 1-allyl-3,6- dimethoxy-10,11-benzodioxole (13); the chromenes methyl 7-hydroxy-2,2,5-trimethyl- 2H-chromene-6-carboxylate (14) and methyl 7-methoxy-2,2,5-trimethyl-2H-chromene-6- carboxylate (15). The polyketide 2-hydroxy-4,6-dimethoxyacetophenone, the major compound in P. glabella leaves, had its biosynthetic origin investigated using acetyl-CoA and malonyl-CoA as precursors. The enzymatic activity of polyketide synthase was optimized to pH, incubation time, temperatures and substrate saturation, in addition to the analysis of circadian variation activity. The amplifications of putative PKS genes was based on primers from AviM gene of Streptomyces viridochromogenes that express for orsellinic acid. The sequencing will enable the identification of such regions and also to study the homology to fungi PKS

O estudo fitoquímico de Peperomia oreophila revelou a presençca de duas lignanas furofurânicas (7R, 8R, 7R, 8R)-3,4,5-trimetóxi-3,4-metilenodioxi-5-metóxi- 8.8,7.O.9,7.O.9-lignana (1), (7R, 8R, 7R, 8R)-3,4,5-trimetóxi-3,4,5-trimetóxi- 8.8,7.O.9,7.O.9-lignana (2); as duas amidas (2E)-N-isobutil-3-(5-metóxi-7,8- benzodioxol-1-il)acrilamida (3), (2E)-N-isobutil-3-(3,4,5-trimetóxifenil)acrilamida (4), três derivados de acido cinâmico (2E)-3-(3,4,5-trimetóxifenil)acrilato de metila (5), (2Z)-3- (3,4,5-trimetóxifenil)acrilato de metila (6), (2E)-3-(5-metóxi-7,8-benzodioxol-1-il)acrilato de metila (7); os dois policetídeos fenólicos [(2E)-3,7-dimetilocta-2,6-dien-1-il]-5- metil-2-(3-metilbut-2-en-1-il)benzeno-1,3-diol (8) (inédita) e [(2E)-3,7-dimetilocta- 2,6-dien-1-il]-2,2,7-trimetil-2H-cromen-5-ol (9); de P. arifolia: o policetídeo fenólico [(2E)-3,7-dimetilocta-2,6-dien-1-il]-5-metil-2-(3-metilbut-2-en-1-il) benzeno-1,3-diol, isolada também de P. oreophila (10) (inédita); de P. urocarpa: o policetídeo fenólico 5- metil-2-[(2E,6E)-3,7,11-trimetildodeca-2,6,10-trien-1-il] benzeno-1,3-diol (11) e o ácido 2,4-dihidróxi-6-metil-3-[(2E,6E)-3,7,11-trimetildodeca-2,6,10-trien-1-il] benzóico, (12); de P. nitida: o fenilpropanoide apiol (1-alil-3,6-dimetóxi-10,11- benzodioxol) (13), os cromenos 7-hidróxi-2,2,5-trimetil-2H-cromeno-carboxilato de metila (14) e o 7-metóxi-2,2,5-dimetil-2H-cromeno-6-carboxilato de metila (15). O policetídeo 2-hidróxi-4,6-dimetóxiacetofenona, principal metabólito das folhas de P. glabella, teve sua biossíntese investigada utilizando-se como precursores o acetil-CoA e o malonil-CoA. Foram realizados estudos de otimização da atividade de policetídeo sintase (PKS) em função do pH, tempo de reação, temperatura e saturação de substratos, além de estudos da variação circadiana. Estudos de genes de PKS resultaram em amplificações cujo seqüenciamento poderá determinar a identidade dessas regiões e homologia entre as seqüências dessas Peperomias e a região KS do gene AviM de Streptomyces viridochromogenes que expressa o ácido orselínico / The phytochemical investigation carried out on Peperomia oreophila revealed the accumulation of two furofuran lignans (7R,8R,7R,8R)-3,4,5-trimethoxy-3,4- methylenedioxy-8.8, 7.O.9, 9.O.7-lignan (1), (7, 8R, 7R, 8)-3,4,5-trimethoxy-3,4,5- trimethoxy-8.8-7.O.9, 9.O.7-lignan (2); two amides (2´E)-N-isobutyl-3´-(5-methoxy-7,8- benzodioxol-1-yl) acrylamide (3), (2E)-N-isobutyl-3-(3,4,5-trimethoxyphenyl)acrylamide (4), three derivate cinâmic acid methyl (2E)-3-(3,4,5-trimethoxyphenyl)acrylate (5), methyl (2Z)-3-(3,4,5-trimethoxyphenyl)acrylate (6), methyl (2E)-3-(5-methoxy-7,8- benzodioxol-1-yl)acrylate (7); two phenolic polyketides [(2E)-3,7-dimethylocta-2,6- dien-1-yl]-5-methyl-2-(3-methylbut-2-en-1-yl)benzene-1,3-diol (8) (novel), [(2´E)-3´,7´- dimethylocta-2´,6´-dien-1-yl]-2,2,7-trimethyl-2H-chromen-5-ol (9); P. arifolia, two phenolic polyketide [(2E)-3,7-dimethylocta-2,6-dien-1-yl]-5-methyl-2-(3-methylbut-2- en-1-yl)benzene-1,3-diol, also isolated from P. oreophila (10) (novel); P. urocarpa, the two phenolic polyketides 5-methyl-2-[(2E,6E)-3,7,11-trimethyldodeca-2,6,10-trien-1- yl]benzene-1,3-diol (11) and 2,4-dihydroxy-6-methyl-3-[(2E,6E)-3,7,11-trimethyldodeca- 2,6,10-trien-1-yl]benzoic acid (12); P. nitida, the phenylpropanoid apiole 1-allyl-3,6- dimethoxy-10,11-benzodioxole (13); the chromenes methyl 7-hydroxy-2,2,5-trimethyl- 2H-chromene-6-carboxylate (14) and methyl 7-methoxy-2,2,5-trimethyl-2H-chromene-6- carboxylate (15). The polyketide 2-hydroxy-4,6-dimethoxyacetophenone, the major compound in P. glabella leaves, had its biosynthetic origin investigated using acetyl-CoA and malonyl-CoA as precursors. The enzymatic activity of polyketide synthase was optimized to pH, incubation time, temperatures and substrate saturation, in addition to the analysis of circadian variation activity. The amplifications of putative PKS genes was based on primers from AviM gene of Streptomyces viridochromogenes that express for orsellinic acid. The sequencing will enable the identification of such regions and also to study the homology to fungi PKS

Esta tese de doutorado descreve os estudos realizados para elucidar a biologia molecular da bioluminescência fúngica e sua relevância ecológica na natureza. A recente descoberta de que a luciferina fúngica é a 3-hidroxihispidina permitiu a caracterização do metabolismo secundário da fenilalanina nos genomas recém-sequenciados e transcriptomas de micélios das espécies luminescentes Panellus stipticus e Neonothopanus gardneri. Adicionalmente os genomas e transcriptomas de variedades não luminescente de P. stipticus e Lentinula edodes serviram como respectivos controles. Em geral, os genes envolvidos no metabolismo secundário da fenilalanina em amostras luminescentes tinham expressão igual ou superior àquela de espécies não luminescentes. Um agrupamento de genes relacionados com a biossíntese de fenilalanina foi encontrado em ambos os genomas luminescentes e não luminescentes de P. stipticus. A abundância de genes transcritos neste agrupamento foi semelhante para as espécies luminescentes e não luminescentes de P. stipticus, mas a policetídeo sintase tipo I em P. stipticus não luminescentes foi significativamente sub-regulada. Não foi encontrado agrupamento semelhante nos genomas de N. gardneri e L. edodes, sendo que os correspondentes homólogos estavam espalhados em diferentes loci. Extratos de fungos podem ser preparados in vitro, com a adição de 3-hidroxihispidina para produzir luz verde em abundância. A preparação de extratos proteicos de luciferase foi melhorada e a estrutura da luciferase, parcialmente purificada, foi investigada por espectrometria de massas. A presença de luciferase nos géis de purificação foi revelada usando-se luciferina e molécula similares à luciferina advindas de extratos de plantas. O nicho ecológico nas vizinhas de cogumelos bioluminescentes foi investigado de duas maneiras, armadilhas adesivas com cogumelos artificiais de acrílico, iluminados com luz LED verde e através da observação direta de cogumelos bioluminescentes com fotografia no infravermelho com lapso de tempo. Os estudos ecológicos foram conduzidos nos biomas da Mata Atlântica e da Mata dos Cocais, no Brasil. Baratas, aranhas, tesourinhas, grilo e vagalumes tec-tecs foram os animais mais comuns que interagiram com os cogumelos. Todos estes animais podem agir como dispersores de propágulos e, em alguns casos, como defensores dos cogumelos. / This PhD thesis describes the studies performed to elucidate the molecular biology of fungal bioluminescence and the ecological significance of the trait in the wild. The recent discovery that the fungal luciferin is 3-hydroxyhispidin has allowed for the characterization of phenylalanine secondary metabolism in the newly sequenced genomes and mycelium transcriptomes of luminescent Panellus stipticus and Neonothopanus gardneri, additionally the genomes and transcriptomes of a non-luminescent variety of P. stipticus and Lentinula edodes served as respective controls. In general the genes involved in phenylalanine secondary metabolism had greater or equal expression in luminescent samples than non luminescent. A cluster of genes related to the secondary metabolism of phenylalanine was found in both luminescent and non luminescent P. stipticus genomes. Transcript abundance of genes in this cluster was similar in both luminescent and non-luminescent Panellus stipticus, but the type I polyketide synthase in non luminescent Panellus stipticus was significantly down regulated. A similar gene cluster in the N. gardneri and L. edodes genomes was absent with corresponding homologues scattered at different genomic loci. Cell free fungal extracts can be combined in vitro with the addition of 3-hydroxyhispidin to produce abundant green light. Preparation of proteinaceous luciferase extracts was improved and partially purified luciferase samples were investigated by mass spectrometry. The presence of luciferase in the separation gel was also evidenced by using luciferin and luciferin-like molecules from plant extracts. The ecological niche surrounding bioluminescent mushrooms was investigated through two main means, glue traps with acrylic mushroom facsimiles that were internally illuminated with green LED lights and direct observation of bioluminescent mushrooms with infrared time lapse photography. Ecological studies were performed in the Atlantic rainforest (Mata Atlântica) and transitional Coconut Palm forest (Mata dos Cocais) biomes of Brazil. Cockroaches, spiders, earwigs, crickets, and luminescent click beetles were the most common animal interacting with mushrooms. All of these animals may be acting as fungal propagule dispersers and in some cases defense of the mushroom.

Made available in DSpace on 2014-08-20T13:42:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Gabrie_Olle_ Dalmazo.pdf: 526235 bytes, checksum: 5e78165179f8f9e3164e0269bd617ab9 (MD5) Previous issue date: 2011-02-28 / The tropane alkaloids (TA) pathway has a branch-point controlled by the enzymes tropinone reductase 1 and 2 (TR1 and TR2). Tropinone is the common substrate for these enzymes and is reduced either by TR1 to form tropine, hyoscyamine and scopolamine or by TR2 to form pseudotropine and calystegines. Hyoscyamine and scopolamine are largely used in medicine as anticholinergic, antiemetic, parasympatholytic and anaesthetic. Calystegines mimic different sugars and are potent and specific inhibitors of glucosidases. The function of hyoscyamine, scopolamine and calystegines in the plants is not fully understood. Recent studies suggest that they are involved in the plant defense against pathogens. Regulation of TA biosynthesis in planta has attracted interest not only in view of its applications in the pharmaceutical industry, but also in respect to human nutrition and plant physiology. In the present study a virus-based transgenic approach devised to induce PTGS of tr1 and tr2 in whole transformed Hyoscyamus muticus plants is evaluated. It was observed that a significant reduction in transcript accumulation for tr2 caused a tremendous increase in transcript accumulation for tr1. / Um ponto de bifurcação na rota metabólica de tropano alcalóides (TA) é controlado pelas enzimas tropinona redutase 1 e 2 (TR1 e TR2). Tropinona, o substrato comum para estas enzimas, é reduzido por TR1 para formar tropina, hiosciamina e escopolamina ou por TR2 para formar pseudotropine e calisteginas. Hiosciamina e escopolamina são largamente utilizadas em medicina como anticolinérgicos, antieméticos, parassimpatolíticos e anestésicos. Calisteginas têm estrutura molecular semelhante a açúcares e são potentes inibidores específicos de glucosidases. A função dos alcalóides hiosciamina, escopolamina e calisteginas em plantas não é completamente entendida. Estudos recentes sugerem o envolvimento destes alcalóides na defesa da planta contra patógenos. A regulação da biossíntese de TA na planta tem atraído interesse não apenas quanto à aplicação na indústria farmacêutica, mas também com respeito à nutrição humana e fisiologia de plantas. No presente estudo avaliou-se uma estratégia transgênica, baseada em vírus, para induzir o silenciamento gênico pós-transcricional de tr1 e tr2 em plantas de Hyoscyamus muticus L. Observou-se que reduções significativas no acúmulo de transcritos para tr2 causaram um tremendo aumento no acúmulo de transcritos para tr1.

Nostoc é um gênero cianobacteriano com distribuição ubíqua que tem importância em diversos ecossistemas. Contudo, poucos genomas estão atualmente disponíveis para esse gênero. Enquanto Nostoc spp. são as cianobactérias mais comumente relatadas em relações simbióticas com fungos, animais, plantas e outros organismos, associações com outros micro organismos não receberam atenção similar. Como consequência das fortes interações entre cianobactérias e heterótrofos, culturas não axênicas são geralmente obtidas no isolamento dessas bactérias, o que proporciona uma oportunidade interessante para o desenvolvimento tanto de estudos genômicos quanto metagenômicos. Este trabalho teve como objetivo investigar as características genômicas e funcionais da linhagem Nostoc sp. CENA67, isolada de terra preta antropogênica, bem como estudar sua comunidade associada. Para esse fim, células de uma cultura não axênica de Nostoc sp. CENA67 foram sequenciadas com as plataformas MiSeq e Ion PGM e analisados com ferramentas genômicas e metagenômicas. A linhagem CENA67 de fato pertence à família Nostocaceae e possui algumas características em comum com cianobactérias do gênero Nostoc, porém diverge em certos aspectos morfológicos e filogenéticos do grupo típico de Nostoc, sugerindo que seja representante de um novo táxon. Além disso, seu genoma apresenta diferenças em relação aos genomas atualmente disponíveis para cianobactérias relacionadas ao gênero. A mineração desse genoma revelou 31 agrupamentos gênicos hipoteticamente relacionados à síntese de metabólitos secundários, a maioria dos quais não mostrou similaridade significativa com agrupamentos conhecidos. A análise de um agrupamento gênico de microviridina desvendou uma maior diversidade de genes para precursores dessa molécula do que se acreditava anteriormente, sugerindo que um número considerável de variantes ainda está a ser descoberta. A análise taxonômica da comunidade associada confirmou a dominância de cianobactérias na cultura, mas também revelou a presença de grande número de gêneros microbianos que normalmente são capazes de fixar nitrogênio atmosférico e estabelecer simbiose com plantas, incluindo Mesorhizobium, Sinorhizobium e Starkeya, entre outros. Rascunhos genômicos foram obtidos para Bradyrhizobium diazoefficiens, Bradyrhizobium japonicum, Burkholderia lata e Hyphomicrobium nitrativorans. Todavia, genes para fixação de nitrogênio não foram detectados nesses genomas, apesar de serem encontrados no genoma da cianobactéria e no metagenoma da comunidade, o que sugere que algumas populações podem estar sob pressão de seleção para a perda da capacidade de fixação de nitrogênio, provavelmente devido a este nutriente estar sendo fornecido pelo organismo mais abundante nesta comunidade, a cianobactéria. A análise funcional indicou vias exclusivas tanto à cianobactéria quanto à comunidade associada, e sugeriu a complementariedade de certos metabolismos. Os resultados possibilitam o aumento do conhecimento sobre a diversidade molecular e química do filo Cyanobacteria e levantam possíveis interações com micro organismos simbiontes / Nostoc is a cyanobacterial genus with ubiquitous distribution that is important in several ecosystems. However, few genomes are currently available for this genus. While Nostoc spp. are the most commonly reported cyanobacteria in symbiotic relationship with fungi, animals, plants, and other organisms, associations with other microorganisms have not received similar attention. As a consequence of tight interactions between cyanobacteria and heterotrophs, non-axenic cultures are usually achieved in the isolation of these bacteria, which provides an interesting opportunity for carrying out both genomic as metagenomic studies. This work aimed to investigate the genomic and functional characteristics of the strain Nostoc sp. CENA67, isolated from anthropogenic dark earth, and to study its associated community. For this purpose, cells from a non-axenic culture of Nostoc sp. CENA67 were sequenced with the platforms MiSeq and Ion PGM and analyzed with genomic and metagenomic tools. The strain CENA67 indeed belongs to the family Nostocaceae and presents some characteristics in common with cyanobacteria of the genus Nostoc, but diverges in certain morphological and phylogenetic aspects of the typical Nostoc group, suggesting that it is a representative of a new taxon. In addition, its genome presents differences in relation to the genomes currently available for cyanobacteria related to this genus. Genome mining revealed 31 gene clusters hypothetically related to the synthesis of secondary metabolites, most of which did not show significant similarity to known clusters. The analysis of a microviridin gene cluster unveiled a larger diversity of precursor genes for this molecule than was previously believed, suggesting that a considerable number of variants is still to be found. The taxonomic analysis of the associated community confirmed the dominance of cyanobacteria in the culture, but also revealed the presence of a great number of microbial genera that are usually capable of fixing atmospheric nitrogen and establishing symbiosis with plants, including Mesorhizobium, Sinorhizobium, and Starkeya, among others. Genomic drafts were obtained for Bradyrhizobium diazoefficiens, Bradyrhizobium japonicum, Burkholderia lata, and Hyphomicrobium nitrativorans. Nevertheless, genes for nitrogen fixation were not detected in these genomes, despite being found in the cyanobacterial genome and the community metagenome, suggesting that some populations might be under selection pressure for the loss of the ability to fix nitrogen, probably due to this nutrient being provided for the most abundant organism in this culture, the cyanobacterium. Functional analysis indicated pathways exclusive both to the cyanobacterium as to the associated community, and suggested the complementarity of certain metabolisms. The results allow the increase of the knowledge about the molecular and chemical diversity of the phylum Cyanobacteria and raise possible interactions with symbiotic microorganisms