Orientador: Gonçalo Amarante Guimarães Pereira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-07T10:59:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Formighieri_EduardoFernandes_D.pdf: 7946045 bytes, checksum: f2194ed5a131ce1c4510fba4a7bbea5f (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O genoma mitocondrial (mtDNA) do fungo Moniliophthora perniciosa foi completamente seqüenciado e contém 109103 pb, com 31% de bases GC, porcentagem menor que a encontrada nas seqüências do genoma nuclear (47%). É o maior genoma mitocondrial de fungos descrito até o momento, e seu tamanho é conseqüência de grande espaço intergênico, que contém diversas ORFs com possibilidade de serem confirmadas como novos genes. Análises computacionais indicam a presença de variação no número de mtDNAs/célula nas diferentes bibliotecas, com tendência significativa de menor número de mtDNAs/célula no grupo de bibliotecas proveniente de culturas submetidas a repetidas repicagens. A maioria dos genes típicos (atp6, atp9, nad1-6, nad4L, cox1-3, cob, sendo a exceção o atp8), todos os rRNAS, tRNAS (foi encontrado pelo menos um para cada aminoácido) e genes das ORFs intrônicas estão orientados no sentido horário. Foram identificados também um gene rps3 e um grupo de ORFs com características semelhantes às dos genes típicos. Surpreendentemente o mtDNA apresenta uma região ocupada por uma estrutura de invertron característica de plasmídeos kalilo-like, integrado de maneira estável ao genoma em todas as variedades do biótipo C, e presente nos demais biótipos testados. Esta seqüência está disponível no GenBank através do número de acesso: AY376688. A outra linha de trabalho foi desenvolvida juntamente com outros bioinformatas do Laboratório de Genômica e Expressão. Foram desenvolvidas ferramentas de mineração e anotação de genes para projetos genoma, sendo os maiores destaques o Gene Projects, que permite mineração e anotação de genes durante o processo de seqüenciamento, e a nova interface de anotação, desenvolvida para otimizar a qualidade e a eficiência da anotação de genes / Abstract: The mitochondrial genome (mtDNA) of the fungus Moniliophthora perniciosa was completely sequenced and it contains 109103 bases pair, with 31% of bases GC, smaller percentage than found in the sequences of the nuclear genome (47%). It is the largest mitochondrial genome of fungus described to the moment, and its size is consequence of great intergenic space, with several ORFs who can be confirmed as new genes. Computational analyses show the presence of variation in the number of mtDNAs / cell in different libraries, with significant tendency of smaller mtDNAs / cell number in group of libraries originating from cultures undergoes to repeatedly reply. Most of the typical genes (atp6, atp9, nad1-6, nad4L, cox1-3, cob, being the exception the atp8), all of the rRNAS, tRNAS (it was found at least one for each amino acid) and genes of the intronic ORFs are guided in the hourly sense. Surprisingly the mtDNA presents one region occupied for a structure of invertron, characteristic of plasmids kalilo-like, integrated in stable way to the genome in all of the varieties of the biotype C, and present in other tested biotypes. This sequence is available in the GenBank through the accession number: AY376688. The other work line was developed together with other bioinformatics of the Genomic and Expression Laboratory. Data mining and annotation of genes tools were developed for projects genome, being the largest prominences the Gene Projects, that allows mining and annotation of genes during the sequencing process, and the new annotation interface, developed to optimize the quality and the efficiency of the annotation of genes / Doutorado / Bioquimica / Doutor em Biologia Funcional e Molecular

Orientador: Gonçalo Amarante Guimarães Pereira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-06T16:13:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rincones_Johana_D.pdf: 3507237 bytes, checksum: b5905da7ffa8ea3a869dd3090e9a1d1f (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: A Vassoura-de-Bruxa do cacaueiro constitui um patosistema complexo e até o momento não foi estabelecido um plano de controle efetivo na região produtora da Bahia. O objetivo principal deste trabalho foi aprimorar os conhecimentos sobre a interação C. perniciosa-Cacaueiro com informações referentes à: 1) tamanho e organização do genoma através da obtenção do cariótipo molecular do fungo; 2) variabilidade genética deste fitopatógeno a nível cromossômico na região produtora da Bahia; e 3) expressão gênica do fungo em presença de extratos do hospedeiro. O cariótipo molecular foi estabelecido por eletroforese em gel de campo pulsado. Esta mesma metodologia foi utilizada em combinação com análise tipo microsatélites para um estudo de variabilidade a nível cromossômico de 38 isolados provenientes de três biótipos e diferentes regiões geográficas. Para análise da expressão gênica foram seqüenciadas quatro bibliotecas de cDNA do fungo sob diferentes condições de cultivo e em diferentes estágios do desenvolvimento, incluindo uma biblioteca subtrativa obtida por SSH. Como resultados, apresentamos o cariótipo molecular de C. perniciosa e a existência de polimorfismos cromossômicos. A análise dos 38 isolados permitiu observar que o cariótipo do biótipo-C é estável ao longo do tempo e sua variabilidade na região da Bahia é baixa, mostrando assim a fragilidade do programa de melhoramento genético do cacaueiro na Bahia, onde os clones resistentes selecionados no campo foram desafiados contra apenas dois genótipos do patógeno. Com relação à análise da expressão do fungo, obtivemos 1427 unigenes e sua análise por similaridade com as bases de dados permitiu a identificação de diversos mecanismos pelos quais o fungo poderia estar manipulando o metabolismo da planta para seu benefício e em detrimento da produção de cacau. Assim, consideramos que a partir deste trabalho foi possível obter uma maior compreensão dos mecanismos utilizados por C. perniciosa no desenvolvimento da Vassoura-de-Bruxa em cacaueiro e estudos mais aprofundados, baseados nos resultados aqui obtidos, deverão auxiliar no desenvolvimento de estratégias de controle para esta importante doença / Abstract: Witches' broom disease of cocoa is a complex pathosystem that has evaded an efficient control program in the cacao-producing region of Bahia, Brazil. The main goal of this work was to acquire a better understanding of the C. perniciosa-Cacao interaction by providing new data regarding: 1) the size and organization of the fungal genome through molecular karyotyping; 2) the genetic variability of this phytopathogen at the chromosomal level in the cacao-producing region of Bahia; and 3) the gene expression of the fungus in the presence of host extracts. The molecular karyotype was obtained through pulsed-field gel electrophoresis. This same technique was applied in combination with microsatellite PCR analysis of 38 isolates from different biotypes and geographic regions in order to study the chromosomal-level genetic variability of this pathogen. For the gene expression analysis, four cDNA libraries of the fungus grown under different culture conditions and developmental stages, including a subtractive library using SSH, were sequenced and searched for similarities in the public databases. As results, we present the molecular karyotype of C. perniciosa and the existence of chromosome-length polymorphism. The analysis of the 38 isolates showed that the karyotype of the C-biotype is very stable in time and that the variability of the pathogen in Bahia is very low, thus indicating the fragility of the current cacao-breeding program in Bahia, where the resistant cacao clones selected in the field were challenged against only two different genotypes of the pathogen. With regards to the gene expression analysis, we obtained 1427 unigenes and the similarity searches allowed the identification of various mechanisms through which the fungus might be manipulating the metabolism of the plant for its own benefit and in detriment of cocoa production. Therefore, we consider that this work allowed us to acquire a better understanding of the molecular mechanisms used by C. perniciosa during witches' broom development in cacao and more detailed studies, based on the results presented here, might aid in the development of novel control strategies for this important disease / Doutorado / Bioquimica / Doutor em Biologia Funcional e Molecular

Orientador: Gonçalo Amarante Guimarães Pereira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-08T06:16:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Scarpari_LeandraMaria_D.pdf: 5130527 bytes, checksum: 37ee3077a3d859fb1da23df8ea1fa70c (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: A doença vassoura-de-bruxa, provocada pelo fungo hemibiotrófico Crinipellis perniciosa, é uma das doenças mais importantes do cacaueiro, diminuindo drasticamente a produção e causando grandes prejuízos econômicos. Uma maior compreensão sobre a interação cacaueiro - C. perniciosa e sobre os processos que ocorrem na planta durante a progressão da doença é necessária para estabelecer novas estratégias de controle para a doença. O presente trabalho teve dois objetivos principais: 1) identificar as mudanças bioquímicas que ocorrem no cacaueiro durante o desenvolvimento da doença; 2) identificar os genes diferencialmente expressos no micélio biotrófico do fungo C. perniciosa cultivado in vitro, sendo este micélio o estágio do ciclo de vida do fungo que induz os sintomas da doença. Os resultados da caracterização bioquímica da doença, usando plântulas de cacau infectadas artificialmente, indicaram uma elevação inicial de metabólitos secundários relacionados à defesa da planta, como alcalóides, fenólicos e taninos. Como esses mecanismos não são eficientes para deter a colonização da planta pelo fungo, uma cascata de eventos, provavelmente ativada pelo aumento dos níveis de etileno, eleva os teores de asparagina, de açúcares, malondialdeido (MDA) e glicerol, altera o perfil de ácidos graxos, reduz os níveis de aminoácidos individuais e de pigmentos fotossintéticos, causando a morte da vassoura. O importante avanço do desenvolvimento de um sistema que permite a manutenção in vitro do micélio biotrófico de C. perniciosa, estabelecido recentemente por nosso grupo, permitiu o estudo da expressão gênica diferencial das duas fases miceliais do ciclo de vida do fungo: biotrófica e necrotrófica. Utilizamos a técnica de microarrays de DNA, analisando 2.304 fragmentos de bibliotecas de DNA genômico do Projeto Genoma da Vassoura-de-bruxa, selecionados a partir da similaridade com genes de patogenicidade de outros patógenos. Os resultados mostraram supressão da expressão de genes relacionados ao transporte e metabolismo de hexoses e ao metabolismo de lipídeos no micélio biotrófico do fungo. Já os genes da família do citocromo P450, hidrofobinas, aglutinina, lacase, várias proteases, lipases, álcool oxidase (AOX) e proteínas pol do sistema de retrotransposição de vírus, tiveram sua expressão induzida no micélio biotrófico, sugerindo uma possível participação nos mecanismos de patogenicidade do fungo. Esses resultados representam avanços significativos para as pesquisas sobre o metabolismo do fungo C. perniciosa e sobre as bases moleculares da progressão da doença vassoura-de-bruxa do cacaueiro, e servirão como base para orientar futuras investigações visando o controle da doença / Abstract: Witches¿ broom disease, caused by the hemibiotrophic fungus Crinipellis perniciosa, is one of the most important diseases of cocoa, causing dramatic production and economic losses. A better understanding of the cacao - C. perniciosa interaction and the processes that occur in the plant during disease progression becomes necessary in order to establish novel control strategies for this disease. In view of this, the present work had two main goals: 1) establishment of the biochemical modifications that occur in the host plant during disease development; and 2) identification of differentially expressed genes in in vitro grown biotrophic mycelia of C. perniciosa, which constitutes the fungal life stage that induces disease symptoms. The results of the biochemical characterization of the disease in artificially infected cocoa seedlings indicated an initial increase of secondary metabolites related to plant defenses, such as alkaloids, phenolics, and tannins. Since these mechanisms fail to control plant colonization by the fungus, a cascade of events, probably triggered by the increased levels of ethylene, boosts the contents of asparagine, sugars, malondialdehyde (MDA) and glycerol, alters the profile of fatty acids, lowers the levels of individual amino acids and photosynthetic pigments, and ultimately leads to tissue death. The important technological development of an in vitro system that allows the maintenance of the biotrophic phase of C. perniciosa, which was recently established by our group, allowed the analysis of the differential gene expression between the two mycelial phases of the life cycle of this fungus: the biothophic and the necrotrophic phases. For this study we employed the technique of DNA microarrays, analyzing 2,304 fragments obtained from the genomic DNA libraries of the Witches¿ Broom Genome Project, and which were selected based on their sequence similarity to pathogenicity genes of other pathogens. The results showed suppressed expression of genes related to the metabolism and transport of hexoses and to the metabolism of lipids in the biotrophic mycelia of the fungus. On the other hand, the expression of genes of the cytochrome P450 family, hydrophobins, agglutinin, laccase, several proteases, lipases, alcohol oxidase (AOX), and pol proteins of the viral retrotransposition system were induced in the biotrophic mycelia, thus suggesting their possible participation in fungal mechanisms of pathogenicity. These results represent significant advances to our understanding of the metabolism of C. perniciosa and also regarding the molecular basis underlying the progression of witches¿ broom disease of cocoa, and will be valuable as a basis for future investigations aimed at disease control / Doutorado / Bioquimica / Doutor em Biologia Funcional e Molecular

Orientador: Nelson Horacio Pezoa Garcia / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-12T13:00:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Efraim_Priscilla_D.pdf: 3005113 bytes, checksum: 644805cbb4b729e262d0a9e849b572b8 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Este trabalho buscou contribuir com o Programa Brasileiro de Melhoramento Genético de Cacau por meio do processamento e caracterização dos principais derivados de nove clones estudados e utilizados comercialmente na Bahia por sua resistência à vassoura-de-bruxa: CEPEC 42, EET 397, TSA 654, TSA 656, TSAN 792, TSH 516, TSH 565, TSH 774, TSH 1188 e do cacau Comum, tradicional na região e suscetível à doença. Os frutos foram colhidos em um mesmo período, fermentados simultaneamente em lotes de 50 Kg e secos naturalmente ao sol. As amêndoas obtidas foram quebradas em nibs, que foram torrados em 3 diferentes tempos em forno elétrico rotativo a 150 ºC e moídos até 25 µm para obtenção dos liquors. A análise sensorial de preferência definiu o tempo de torração de cada material. A manteiga de cacau foi obtida por prensagem hidráulica dos liquors. Chocolates amargos foram produzidos pelo método convencional. A caracterização física dos frutos e sementes demonstrou diferenças entre os materiais quanto ao peso total dos frutos e rendimento de sementes com polpa por fruto. O monitoramento de temperatura e pH da massa em fermentação e a avaliação dos teores de umidade, atividade de água, pH, acidez total titulável, açúcares, ácidos orgânicos, proteínas, compostos fenólicos totais e da contagem microbiológica, durante a fermentação e ao término da secagem, demonstraram que a evolução do processo fermentativo foi distinta para cada material. A caracterização da manteiga de cacau quanto à composição em triacilgliceróis e curva de sólidos indicou que os todos os cultivares estudados, exceto o TSH 774, apresentaram melhorias em relação ao cacau Comum. A análise sensorial descritiva quantitativa dos liquors por duas equipes treinadas e de aceitação dos chocolates, por painel não treinado de consumidores, indicaram diferenças entre os materiais para alguns atributos avaliados de acordo com sua ascendência genética, sendo que os materiais descendentes dos grupos Trinitário e Forastero apresentaram maior preferência em relação aos descendentes apenas do grupo Forastero. Apesar das diferenças físicas e químicas verificadas nos liquors e chocolates, observou-se a viabilidade industrial de todos dos materiais estudados. Estudou-se ainda a influência da mistura de 0, 30, 50 e 100% de sementes danificadas pela vassoura-de-bruxa com sementes sadias na fermentação às características de amêndoas, liquors, manteiga e pó de cacau obtidos. Os perfis de temperatura e pH da massa em fermentação, os teores de açúcares e ácidos orgânicos e a análise da fração volátil demonstraram que reações que normalmente ocorrem na fermentação podem ter se iniciado nos frutos, antes da colheita. O teor de polifenóis totais das sementes danificadas foi maior que o de sementes sadias, porém, as perdas na fermentação foram maiores. Os teores de lipídios e proteínas das amêndoas e liquors foram menores quanto maior a proporção de sementes danificadas. A vassoura-de-bruxa não causou alterações nas propriedades físicas e químicas avaliadas nas manteigas de cacau. A análise da fração volátil das sementes, amêndoas e liquors indicou que o aumento do teor de sementes danificadas levou à diminuição ou ausência de importantes alquilpirazinas, indicando que o uso destas, nas porcentagens estudadas, pode prejudicar a qualidade sensorial dos derivados de cacau / Abstract: The aim of this study was to contribute with the Brazilian Genetic Improvement Program of cocoa by processing and characterizing the main cocoa-derived products from nine clones studied and used commercially in Bahia due to their resistance to ¿witches¿ broom¿: CEPEC 42, EET 397, TSA 654, TSA 656, TSAN 792, TSH 516, TSH 565, TSH 774, TSH 1188 and Comum cocoa, traditional in the area and susceptible to the disease. The fruits were harvested in the same period, fermented in 50 kg batches and sun-dried. The cocoa beans obtained were broken into nibs, roasted during 3 different times in a rotative electric oven at 150ºC and milled to 25 µm to obtain the liquors. A preference sensory evaluation defined the specific roasting time for each material. Cocoa butter was obtained by hydraulic pressing of the liquors. Bitter chocolates were produced by the conventional method. The physical characterization of the fruits and seeds demonstrated differences among the materials regarding total weight of the fruits and yield of seeds with pulp per fruit. Temperature and pH monitoring of the mass during fermentation and evaluation of moisture content, water activity, pH, total acidity, sugars, organic acids, proteins, total phenolic compounds and microbiological count during fermentation and at the end of drying demonstrated that the evolution of the fermentation process was different for each material. The triacylglycerol composition and the solid fat content of the cocoa butters from all the cultivars studied, except TSH 774, presented improvements compared to Comum cocoa. The quantitative descriptive analysis of the liquors carried out by two trained panels and the acceptance of the chocolates by an untrained consumer panel indicated differences for some of the parameters evaluated among the materials studied according to their genetic ascendance. The cultivars descending from Trinitario and Forastero groups presented greater preference in relation to the descendants of the Forastero group only. The physical and chemical characterization of the liquors and chocolates demonstrated differences among the materials studied; however, it also showed their industrial viability. The influence of the mixture of 0, 30, 50 and 100% of seeds damaged by ¿witches¿ broom¿ with healthy seeds during the fermentation process on the characteristics of cocoa beans, liquors, cocoa butter and powder was also studied. The temperature and pH profiles of the mass during fermentation, the amounts of sugars and organic acids and the analysis of volatile compounds demonstrated that some reactions that usually occur during fermentation might have been initiated in the fruits before harvesting. The total content of polyphenols in the damaged seeds was higher than in the healthy seeds; however, losses during fermentation were also greater. Lipid and protein contents of cocoa beans and liquors decreased with the increase of the proportion of damaged seeds. ¿Witches¿ broom¿ did not cause changes in the physical and chemical properties evaluated in the cocoa butters. The analysis of the volatile compounds of the seeds, beans and liquors showed that the increase of the content of damaged seeds led to the decrease or absence of the main alkylpyrazines, indicating that their use in the percentages studied may negatively affect the sensory quality of cocoa-derived products / Doutorado / Doutor em Tecnologia de Alimentos

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

Orientador: Gonçalo Amarante Guimarães Pereira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-23T10:25:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alvarez_Javier_D.pdf: 13138837 bytes, checksum: 410e11bd8ba7df37c003fae0919eec2e (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A doença vassoura de bruxa do cacaueiro, causada pelo fungo Moniliophthora perniciosa tem sido um dos maiores problemas fitopatológicos do hemisfério sul. O fungo tem uma fase biotrófica longa, pouco comum entre fungos com o estilo de vida hemibiotrófico. Este fato sugere que M. perniciosa deve dispor de importantes mecanismos de evasão do sistema de defesa da planta e que estes teriam um papel fundamental para o sucesso da infecção. Assim sendo, o objetivo deste trabalho é entender os mecanismos de supressão envolvidos na resposta de defesa basal da planta. Especificamente, aqueles mecanismos mediados por hormônios que poderiam influenciar na suscetibilidade da planta ao patógeno durante a invasão do M. perniciosa. Com este fim, foram construídas bibliotecas de RNAseq da interação cacau-M. perniciosa durante o inicio da fase assintomática da doença. As bibliotecas representantes desta interação mostraram expressão diferencial de genes relacionados com a sinalização de auxina, mas não foi observado indução de genes da biossíntese planta. Estes dados sugerem a presença de auxina "exógena" produzida provavelmente pelo patógeno. Adicionalmente, foram encontrados genes relacionados com o ácido jasmônico e etileno. Com o intuito de identificar se M. perniciosa era capaz de secretar um composto com função de auxina, sementes de Arabidopsis thaliana foram crescidas em amostras de sobrenadante do fungo. Estes experimentos mostraram alteração da morfologia das raízes semelhantes à adição de auxina exógena. Amostras de sobrenadantes do fungo foram submetidas às técnicas de RMN, LC MS/MS e GC-MS e mostraram a presença de um composto com estrutura semelhante ao indol-3-acetoácido sendo produzido pelo fungo. Estudos do time course de produção deste composto mostraram que a auxina produzida é rapidamente metabolizada formando diferentes derivados indólicos com provável função na patogênese do fungo. Finalmente, encontramos um novo composto com estrutura parecida à auxina e capacidade de indução de genes de resposta a este hormônio. Este trabalho é o primeiro relato a mostrar o time course da síntese de auxina por M. perniciosa e a indução de respostas de sinalização de auxina nos tecidos de cacau infectados pelo fungo. A intervenção nas vias de síntese de auxina pelo fungo seria um caminho plausível na tentativa por conter a doença vassoura de bruxa / Abstract: The witches' broom disease in Cacao is caused by the fungus Moniliophthora perniciosa has been one of the most important problems phytopathological in the southern hemisphere. The fungus has an unusual long biotrophic phase with the lifestyle hemibiotrofic suggesting that M. perniciosa must have important evasion mechanisms for breaking of the plant defense system and it would have a key role to success in the infection. Therefore, the aim of this work is to understand some of the mechanisms involved in the suppression of basal defense response of the plant. Specifically, hormones-mediated mechanisms that could influence plant susceptibility to pathogens during the infection of M. perniciosa. For this purpose, RNAseq libraries were constructed of the interaction cacao - M. perniciosa during the asymptomatic phase of the disease. Genes related with the auxin and jasmonic acid signaling and ethylene production were differential expressed during the initial stage of the disease. Furthermore, auxin-responsive genes were induced, but not observed induction of plant biosynthesis genes for this hormone. These data suggest presence of auxin "exogenous" probably produced by the pathogen. In order to identify whether M. perniciosa was able to secrete a compound like an auxin, Arabidopsis thaliana seedlings were grown in mediums with supernatant of the fungus. These experiments showed alterations on the roots morphology, similar to the addition of exogenous auxin. Samples of supernatants were subjected to the techniques of NMR, LC-MS/MS and GCMS and showed the presence of a compound with a similar structure of Indole-3- Acetic Acid (IAA) being produced by the fungus. A time course of the production of this compound was examinated by LC-MS/MS and showed that the auxin is produced by M. perniciosa, but is rapidly metabolized forming different indole derivatives, some of them with a probable role in the pathogenesis. Finally, we found a new compound with a structure similar to auxin and with the ability to induce gene response to this hormone / Doutorado / Genetica Vegetal / Doutor em Genetica e Biologia Molecular

Orientadores: Gonçalo Amarante Guimarães Pereira, Maria Carolina Scatolin do Rio / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-13T07:03:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Teixeira_GleidsonSilva_M.pdf: 21908086 bytes, checksum: 84eb6f9c294915ecdd74ee2e9d23a152 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A Vassoura-de-bruxa é uma das principais doenças que acometem o cacaueiro (Theobroma cacao L.). Ela é causada pelo fungo hemibiotrófico Moniliophthora perniciosa. Durante a fase biotrófica, o patógeno coloniza o espaço intercelular e estimula a formação de ramos hipertróficos/ hiperplásicos denominados vassoura verde. No estágio avançado da doença, o fungo passa a colonizar também o interior das células e observa-se a morte do tecido originando a vassoura seca. Homogalacturonano (HG) é um domínio estrutural péctico que constitui a matriz da parede celular primária e define suas propriedades funcionais e estruturais. Durante sua síntese, HG é altamente metilesterificado pela ação de pectinas metiltransferases (PMT) que utilizam S-adenosil-L-metionina (SAM) como fonte de grupos metil. Após ser depositado na parede celular, o padrão de metilesterificações de HG é modelado por pectina metilesterases (PME). Alterações no padrão de metilesterificação de HG são relacionadas à má formação de tecidos, complicações durante o desenvolvimento vegetal e à resistência contra a degradação da parede celular por enzimas microbianas. Neste trabalho, a expressão tecido-específica de genes envolvidos nas reações de síntese de SAM e o grau de metilesterificação do HG foram analisadas em plântulas de T. cacao sadias e infectadas. ESTs (expressed sequence tags) de T. cacao foram utilizadas como molde para a síntese de sondas de RNA específicas para os genes: glicosiltransferase, pectina metiltransferase, pectina metilesterase, S-adenosil-Lhomocisteína hidrolase, adenosina quinase, S-adenosil-L-metionina sintetase (SAMS). Além disso, os anticorpos monoclonais JIM5 e JIM7 foram utilizados na imunolocalização de epítopos de HG com menor ou maior grau de metilesterificação. A detecção de transcritos de SAMS e PMT indicou que esses são diferentemente expressos em plântulas sadias e infectadas. Nas plântulas sadias, o sinal para o gene SAMS foi mais intenso nas amostras coletadas com 14 dias após a inoculação (DAI), comparado com as coletadas 42 DAI. Nas amostras infectadas o sinal não variou, entretanto, foi menos intenso comparado com o de plântulas sadias. A marcação de PMT foi evidente no ápice de plântulas sadias coletadas 42 DAI e ausente nas coletadas com 14 DAI. Interessantemente, a ocorrência foi inversa em plântulas infectadas. Epítopos de HG altamente metilesterificados foram detectados por JIM7 em ambas as amostras sadias e infectadas. Entretanto, com 42 DAI, a ligação de JIM7 foi detectada apenas em plântulas sadias, enquanto resíduos de HG pouco metilesterificados, reconhecidos por JIM5, foram observados nas amostras infectadas. Juntos, os resultados sugerem que 1) com 42 DAI, SAM disponível estaria sendo preferencialmente utilizado como precursor de outros compostos e não para a metilesterificação de pectinas e; 2) a alteração do grau de metilesterificação do HG em plantas infectadas pode ser resultado da menor disponibilidade de SAM, da menor expressão do gene que codifica a enzima PMT e/ou da atividade de PMEs, favorecendo assim, a degradação da parede celular por enzimas do fungo em um período onde a degradação da parede é essencial para progressão da doença. / Abstract: The witches' broom disease is one of the major diseases affecting the cocoa (Theobroma cacao L.). It is caused by the hemibiotrophic Moniliophthora perniciosa fungus. During its biotrophic phase, the pathogen colonizes the intercellular space and stimulates the formation of hypertrophic/hyperplasic branches called green broom. In the advanced stage of the disease, the fungus starts also to colonize the interior of the cells and it is noted the death of tissue originating the dry broom. Homogalacturonan (HG) is a pectic structural domain that constitutes the primary cell wall matrix and defines its functional and structural proprieties. During its synthesis, HG is highly methylesterified by the action of pectin methyltransferases (PMT) which uses S-adenosyl-L-methionine (SAM) as a source of methyl groups. After being deposited in the cell wall, the pattern of HG methylesterifications is modeled by pectin methylesterases (PME). Changes in the pattern of HG methylesterifications are related to poor tissue formation, complications during plant development and resistance to cell wall degradation by microbial enzymes. In this study, the tissue-specific expression of genes involved in the reaction of synthesis of SAM and the degree of HG methylesterification were analyzed in seedlings of healthy and infected T. cacao. ESTs (expressed sequence tags) of T. cacao were used as a template for the synthesis of specific RNA probes for the genes: glycoyltransferase, pectin methyltransferase, pectin methylesterase, S-adenosyl-L-homocysteine hydrolase, adenosine kinase and S-adenosyl-L-methionine synthetase (SAMS). Furthermore, the monoclonal antibodies JIM5 and JIM7 were used in the immunolocalization of HG epitopes with lesser or grater degrees of methylesterification. The detection of transcripts of SAMS and PMT indicated that these are expressed differently in healthy and infected seedlings. In healthy seedlings, the signal of the SAMS gene was more intense than in samples collected 14 days after inoculation (DAI), compared to those collected 42 DAI. In the infected samples the signal did not change, however, it was less intense compared to healthy seedlings. The PMT staining was evident in the shoot apex of the healthy seedlings collected 42 DAI and missing in the ones collected 14 DAI. Interestingly, the occurrence was the inverse in infected seedlings. Highly methylesterified HG epitopes were detected by JIM7 in both healthy and infected samples. However, with 42 DAI, the JIM7 binding was detected only in healthy seedlings, while residues of less methylesterified HG, recognized by JIM5, were observed in the infected samples. Taken together, the results suggest that: 1) with 42 DAI, available SAM would be primarily used as a precursor to other compounds and not to methylesterification of pectins and; 2) the changes in the level of HG methylesterification in infected plants may be the result of the lower availability of SAM, lower expression of PMT and/or the activity of PMEs, thereby favoring the degradation of the cell wall by the fungus enzymes in a time where the degradation of the wall is essential to the progression of the disease. / Mestrado / Genetica de Microorganismos / Mestre em Genética e Biologia Molecular

Orientador: Gonçalo A. Guimarães Pereira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-15T02:44:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tiburcio_RicardoAugusto_D.pdf: 13957444 bytes, checksum: 5d1ae127f2574323a433b1478aeb3efe (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Moniliophthora perniciosa (Stahel) Aime & Phillips-Mora é um fungo basidiomiceto hemibiotrófico causador da vassoura de bruxa no cacau (Theobroma cacao L.). Esta doença é caracterizada pela produção de ramos hiperplásicos e hipertróficos e frutas partenogênicos durante a fase biotrófica, seguido por necrose dos tecidos infectados durante a fase necrotrófica. Esta é a principal doença da produção de cacau na América do Sul e no Caribe, tendo causado uma diminuição de mais de 65% na produção no sul da Bahia, a principal região produtora do país. Vários genes relacionados à patogenicidade foram encontrados em M. perniciosa como parte do Projeto Genoma da Vassoura de Bruxa. No entanto, os padrões de evolução destes genes, que poderiam ajudar a compreender a evolução da fitopatogenicidade dessa espécie, ainda não foram estudados. Também não foram estudados as mudanças ocorridas no genoma desta espécie durante a sua evolução. Estas mudanças são particularmente relevantes uma vez que a maioria das espécies estreitamente relacionadas com M. perniciosa não é fitopatogênica. Desta forma a compreensão da evolução deste modo de vida na espécie poderia ajudar a entender a evolução de fungos fitopatógenos em geral. Este trabalho tem como objetivo ampliar o conhecimento sobre o surgimento da patogenicidade em M. perniciosa analisando a evolução dos genes potencialmente relacionados a ela, aumentando assim o conhecimento sobre a vassoura de bruxa e ajudando na busca por uma maneira de controlar a doença. Para isso, foram estudados os padrões de evolução de diversos genes ligados ao processo de necrose característica da vassoura de bruxa e genes candidatos a terem sido obtidas por transferência horizontal de genes (HGT). Os resultados indicam que a evolução da patogenicidade em M. perniciosa envolveu tanto à aquisição de novos genes quanto a utilização para novas funções de outros já presentes nos ancestrais saprotróficos. Em particular, a busca de genes horizontalmente transferidos encontrou dois genes potencialmente envolvidos na doença que ainda não tinham sido estudados, sugerindo que a análise evolutiva a nível genômico é um instrumento relevante para a escolha de genes candidatos para análises em bancada. / Abstract: Moniliophthora perniciosa (Stahel) Aime & Phillips-Mora is a hemibiotrophic basidiomycete fungus that causes witches' broom disease in cocoa (Theobroma cacao L.). This disease is characterized by the production of hyperplasic and hypertrophic stems and parthenogenetic fruits during biotrophic life-phasee, followed by necrosis of infected tissues during necrotrophic life-phase. This is the main disease affecting the cocoa production in South America and the Caribbean, causing a decrease of more than 65% in the production in southern Bahia, the main producing region. Several genes related to pathogenicity were found in M. perniciosa as part of the Witches' Broom Genome Project. However the patterns of evolution of these genes, that could help to understand the evolution of plant pathogenicity in this species, were not yet studied. Also the changes occurred in this species at a genomic level during its evolution were not studied. These changes are particularly relevant since the majority of species closely related to M. perniciosa is not phytopathogenic and so the understanding of this evolution would help to understand the evolution of plant pathogens in general. This work attempts to increase the knowledge about the emergence of pathogenicity in M. perniciosa studding the evolution of genes potentially related to it, therefore increasing the knowledge about the witches' broom and helping in the search for a way to control the disease. To do that, it were studied the evolutionary patterns of several genes related with the necrosis process characteristic of witches' broom and genes candidate to have been obtained by horizontal gene transfer (HGT). These later were detected by a genome level screening. The results indicate that the evolution of plant pathogenicity in M. perniciosa involved both the acquisition of new genes and the use of genes already present in the saprotrophic ancestral in new functions. In particular, the search for horizontally transferred genes found two genes potentially involved in the disease which were not yet studied, suggesting that the evolutionary analysis at the genomic level is a relevant tool to the choice of genes candidate to laboratory analysis. / Doutorado / Genetica de Microorganismos / Doutor em Genetica e Biologia Molecular

Die Hexenbesenkrankheit (Crinipellis perniciosa) ist eine Pilzkrankheit, die nur meristematisches Pflanzengewebe des Kakaobaumes befällt. Sie tritt bisher ausschließlich auf dem Lateinamerikanischen Kontinent auf. Für die Region des Alto Beni im feuchttropischen Tiefland Boliviens wurden die Interaktionen zwischen Witterung, Inokulum und Phänologie der Wirtspflanze untersucht, um effiziente und ökonomisch vertretbare Kontroll- und Bekämpfungsprogramme zu entwickeln. Von 1994 bis 97 wurden zudem die Kakaoklone ICS 1, ICS 6, ICS 8, ICS 95 und TSH 565 unter Feldbedingungen auf Hexenbesentoleranz und Ertrag untersucht. Zusätzlich wurden unterschiedliche Baumschnittfrequenzen auf ihre Effizienz hinsichtlich des Ertragsverhaltens der Klone und der Auswirkung auf Hexenbeseninfektionen überprüft. Die Ergebnisse zeigen einen Zusammenhang zwischen Niederschlagsereignissen und der Ausbildung von Fruchtkörpern an Hexenbesen. Es konnte im gesamten Untersuchungszeitraum jedoch kein kausaler Zusammenhang zwischen der Intensität von Fruchtkörperbildungen an Hexenbesentrieben und der Anzahl an Hexenbeseninfektionen der untersuchten Bäume festgestellt werden. Die fünf Klone zeigten sowohl signifikante Unterschiede in Bezug auf ihre Anfälligkeit gegenüber Hexenbesen als auch in ihrem Ertragsverhalten. Die unterschiedliche Schnitthäufigkeit zeigte dagegen weder statistisch abgesicherte Differenzen hinsichtlich der Anzahl von Hexenbeseninfektionen noch hatte sie Einfluss auf den Ertrag. Die gängigen Bekämpfungsmethoden wie Baumschnitt und der Einsatz von tolerantem Pflanzenmaterial stellen keine grundsätzliche Lösung des Problems dar. Die bisher gewonnen Erfahrungen im Landbau unter Anwendung der Prinzipien sukzessionaler Agroforstsysteme zeigten, dass diese möglicherweise eine langfristige Perspektive für die Landnutzung in tropischen Regionen und zur Reduzierung phytosanitärer Probleme darstellen könnten. / The witches’ broom disease (Crinipellis perniciosa) is a fungal infection which only affects the meristematic plant tissues of the cocoa tree. To date it has been restricted to the Latin American continent. The aim of this work was to examine scientifically the measures undertaken in the Alto Beni region in the humid tropical lowlands of Bolivia, to curb the witches’ broom disease (Crinipellis perniciosa) by phytosanitary pruning measures and by the use of various tolerant clones From 1994 to 97, the cocoa clones ICS 1, ICS 6, ICS 8, ICS 95 and TSH 565 were also studied under field conditions at the Sapecho location for witches’ broom tolerance and yield. In addition, various pruning frequencies were examined for their efficiency with regard to the yields of the clones and the effects on witches’ broom infection The results show a connection between rainfall levels and the formation of basidiocarps on the witches’ broom. However, over the whole of the investigation period, no causal connection was found between the intensity of basidiocarp production on the witches’ broom shoots and the number of witches’ broom infections on the trees under investigation. The five clones showed significant differences both in relation to their susceptibility to witches’ broom and in their yields. The different pruning frequencies, on the other hand, did not show any statistically provable differences in terms of the number of witches’ broom infections, nor did they influence the yields. It has become clear that neither the own studies nor the many research works undertaken at an international level were able to find a fundamental solution to the witches’ broom problem. Agriculture using the principles of successional agroforestry systems could represent a long-term perspective for land use in these areas, with the emphasis on more than short-term economic, social or structural objectives.