Expression profiling and sequence diversity of novel DREB genes from common bean (Phaseolus vulgaris L.) and their association with drought-related traits

Common bean is a major dietary component in several countries, but its productivity is negatively affected by abiotic stresses. Dissecting candidate genes involved in abiotic stress tolerance is a paramount step toward the improvement of common bean performance under such constraints. Thereby, this thesis presents a systematic analysis of the DEHYDRATION RESPONSIVE ELEMENT-BINDING (DREB) gene subfamily, which encompasses genes that regulate several processes during stress responses, but with limited information for common bean. First, a series of in silico analyses with sequences retrieved from the P. vulgaris genome on Phytozome supported the categorization of 54 putative PvDREB genes distributed within six phylogenetic subgroups (A-1 to A-6), along the 11 chromosomes. Second, we cloned four novel PvDREB genes and determined their inducibility-factors, including the dehydration-, salinity- and cold-inducible genes PvDREB1F and PvDREB5A, and the dehydration- and cold-inducible genes PvDREB2A and PvDREB6B. Afterwards, nucleotide polymorphisms were searched through Sanger sequencing along those genes, revealing a high number of single nucleotide polymorphisms within PvDREB6B by the comparison of Mesoamerican and Andean genotypes. The nomenclature of PvDREB6B is discussed in details. Furthermore, we used the BARCBean6K_3 SNP platform to identify and genotype the closest SNP to each one of the 54 PvDREB genes. We selected PvDREB6B for a broader study encompassing a collection of wild common bean accessions of Mesoamerican origin. The population structure of the wild beans was accessed using sequence polymorphisms of PvDREB6B. The genetic clusters were partially associated with variation in latitude, altitude, precipitation and temperature throughout the areas such beans are distributed. With an emphasis on drought stress, an adapted tube-screening method in greenhouse conditions enabled the phenotyping of several drought-related traits in the wild collection. Interestingly, our data revealed a correlation between root depth, plant height and biomass and the environmental data of the location of the accessions. Correlation was also observed between the population structure determined through PvDREB6B and the environmental data. An association study combining data from the SNP array and DREB polymorphisms enabled the detection of SNP associated with drought-related traits through a compressed mixed linear model (CMLM) analysis. This thesis highlighted important features of DREB genes in common bean, revealing candidates for further strategies aimed at improvement of abiotic stress tolerance, with emphasis on drought tolerance

Obesidade e genes candidatos: estudo de associação em populações quilombolas do Vale do Ribeira-SP

A obesidade comum é atualmente um dos problemas de saúde pública mais importante no mundo, frequentemente associada a outros distúrbios tais como hipertensão, diabetes, doenças cardiovasculares e câncer. Apesar da alta prevalência de obesidade em diversas populações, muitos dos estudos relacionados aos seus fatores de risco genéticos foram realizados com indivíduos de ascendência europeia ou asiática, mas foram poucos os realizados com populações de origem africana ou nativas americanas. Nosso trabalho tem por objetivo geral investigar potenciais fatores de risco genéticos associados ao sobrepeso e à obesidade em populações afrodescendentes remanescentes de quilombos do Vale do Ribeira - SP, comunidades rurais semi-isoladas, previamente bem caracterizadas do ponto de vista clínico, genealógico e genético-populacional. Nossa amostra constituiu-se de 759 indivíduos, pertencentes a doze populações de remanescentes de quilombos (Abobral, São Pedro, Galvão, Ivaporunduva, Pedro Cubas, André Lopes, Nhunguara, Sapatu, Pilões, Maria Rosa, Poça e Reginaldo), dos quais foram obtidos amostras de DNA, dados clínicos, informações genealógicas e medidas antropométricas. A investigação dos fatores de risco genéticos associados ao sobrepeso/obesidade foi realizada por duas abordagens: (1) estudo de associação baseado em famílias (N = 584, 59 famílias) e (2) estudo de associação populacional com indivíduos não aparentados (N=305). Foram selecionados para estudo nove polimorfismos em oito genes candidatos: LEP rs2167270, LEPR rs1137101, ADRB2 rs1042713, PPARG rs1801282, PLIN1 rs2289487, RETN rs1862513, INSIG2 rs7566605, FTO rs1121980 e FTO rs1421085. As análises de associação baseadas em família indicaram que, nessas populações, apenas o polimorfismo PLIN1 rs2289487 está associado significativamente com o grupo de risco em relação à razão cintura-quadril (RCQ >=0,85 para mulheres e >=0,90 para homens; P=0,013). Aparentemente não existem trabalhos anteriores que verificaram a associação deste polimorfismo com a obesidade por essa metodologia. As análises do estudo populacional com indivíduos não aparentados mostraram associação significativa entre: (i) o alelo G no polimorfismo LEPR rs1137101 e a variação do índice de massa corporal (IMC; P=0,027); (ii) o alelo G do polimorfismo LEPR rs1137101 e o fenótipo de sobrepeso/obesidade (IMC>=25 Kg/m²; P=0,027); (iii) o alelo G no polimorfismo ADRB2 rs1042713 e o fenótipo de risco (IMC>=25 Kg/m²; P=0,029); (iv) o polimorfismo PLIN1 rs2289487 (genótipo GG) e os menores valores do IMC (P=0,025); (v) o polimorfismo FTO rs1121980 (alelo G) e o fenótipo de risco (IMC>=25 Kg/m²), assim como a variação do IMC (P=0,037 e P=0,022 respectivamente); e (vi) o alelo A no polimorfismo FTO rs1421085 e maiores valores da circunferência da cintura (Cc; P=0,016) e da razão cintura-quadril (RCQ; P=0,030). Tomados em conjunto, nossos resultados sugerem a participação dos genes LEP, LEPR, ADRB2, PLIN1 e FTO no aumento da predisposição ao sobrepeso e à obesidade nas populações remanescentes de quilombos. Por fim, as elevadas estimativas de herdabilidade dos três fenótipos investigados (IMC=33%, Cc=33% e RCQ=70%) reforçam a relevância do papel dos fatores genéticos no acúmulo de gordura corporal. O trabalho apresentado é resultado de uma investigação cuidadosa sobre os componentes genéticos associados à regulação do peso corporal em uma população brasileira afrodescendente (com características históricas, ambientais e genéticas peculiares), corroborando a hipótese de que a obesidade comum nas populações quilombolas do Vale do Ribeira é condicionada por um mecanismo poligênico modulado por fatores ambientais importantes como o sedentarismo e a transição nutricional

Estudo de associação entre disfunção neurocognitiva, estresse oxidativa e polimorfismos em pacientes jovens com Transtornos Bipolar tipo I

O Transtorno Bipolar (TB) tipo I é uma doença caracterizada por episódios de mania e depressão recorrentes com importante prejuízo do funcionamento global e comprometimento das funções cognitivas. Além disso, sabe-se que o número de episódios de humor patológico ao longo da vida pode também influenciar o funcionamento cognitivo destes sujeitos. Neste cenário, ocorreu a necessidade de se investigar marcadores genéticos para disfunção cognitiva no TB com o objetivo de estudar este fenômeno. Dentre os potenciais genes responsáveis por influenciar a cognição destacam-se os polimorfismos funcionais do fator neurotrófico derivado do cérebro (BDNF), da catecol-O-metiltransferase (COMT), da apolipoproteína-E (APOE) e do canal de cálcio de baixa voltagem subunidade 1-C (CACNA1C). Sabe-se, também, que no TB os marcadores de estresse oxidativo estão aumentados durante todas as fases da doença, entretanto, não é claro qual impacto destes na disfunção cognitiva de indivíduos com TB. O objetivo dessa tese foi avaliar o desempenho cognitivo de pacientes jovens com bipolaridade tipo I e sua associação com o genótipo de BDNF, COMT, APOE e CACNA1C e também com os níveis plasmáticos de oxidação da guanosina (8-OHdG) e citosina (5-Mec) durante os episódios de humor, eutimia e em controles. Para investigar essa associação foram incluídos 116 pacientes (79 em episódio de humor patológico e 37 eutímicos) com diagnóstico de TB tipo I (DSMIV-TR); 97 controles saudáveis foram submetidos à avaliação neuropsicológica e coleta de sangue para extração de DNA visando genotipagem para BDNF (rs6265), COMT (rs4680; rs165599), APOE (rs429358 e rs7412), CACNA1C (rs1006737), 8-OhdG e 5-Mec. A análise dos dados obtidos revelou que pacientes portadores do genótipo Met/Met rs4680/rs165599 do COMT apresentam comprometimento cognitivo mais grave (função executiva, fluência verbal, memória e inteligência) comparado ao genótipo Val/Met ou Val/Val durante episódios maníacos ou mistos. Na mesma direção destes resultados, verificou-se que pacientes portadores do alelo Met rs4680 do COMT apresentam comprometimento do reconhecimento de emoções faciais em episódios de mania e depressão. Nenhum efeito do COMT foi observado em controles. O alelo de risco Met do CACNA1C se associou a um pior comprometimento executivo independente dos sintomas maníacos ou depressivos no TB, porém nenhum efeito se observou nos controles. O alelo Met do BDNF rs6265 ou a presença do alelo 4 da APOE não representa um fator que identifique um grupo com desempenho cognitivo diferenciado durante as fases do TB ou em controles. Sujeitos com TB apresentaram níveis mais elevados de 8-OHdG e tais níveis eram diretamente proporcionais ao número de episódios maníacos ao longo da vida, sugerindo um papel dos episódios hiperdopaminérgicos na oxidação das bases de DNA. Concluiu-se que a genotipagem para COMT e CACNA1C em pacientes com TB pode identificar um grupo de pacientes associados a pior disfunção cognitiva durante as fases maníacas e mistas do TB. Tal dado pode ser um indicador do envolvimento do sistema dopaminérgico e dos canais de cálcio de baixa voltagem na fisiopatologia da disfunção cognitiva no TB e deve ser explorado em outros estudos