Caracterização de rearranjos cromossômicos citogeneticamente equilibrados associados a quadros clínicos

Este estudo teve como objetivos (a) identificar mecanismos pelos quais rearranjos cromossômicos citogeneticamente equilibrados possam estar associados de maneira causal a determinados quadros clínicos e (b) contribuir para a compreensão dos mecanismos de formação desses rearranjos. Para isso, foram estudados 45 rearranjos cromossômicos citogeneticamente equilibrados (29 translocações, 10 inversões e seis rearranjos complexos), detectados em pacientes que apresentavam malformações congênitas, comprometimento do desenvolvimento neuropsicomotor ou déficit intelectual. Foram 31 rearranjos cromossômicos esporádicos, três familiais que segregavam com o quadro clínico e mais 11 rearranjos cromossômicos herdados de genitores fenotipicamente normais. Inicialmente os pontos de quebra desses rearranjos foram mapeados por hibridação in situ fluorescente (FISH). A busca por microdeleções e duplicações genômicas foi realizada por a-CGH. A investigação dos pontos de quebra prosseguiu com a aplicação da técnica de Mate-Pair Sequencing (MPS), que permite localizar as quebras em segmentos de 100 pb - 1 kb, na maioria dos casos. Para obter os segmentos de junção das quebras no nível de pares de bases, os segmentos delimitados por MPS foram sequenciados pelo método de Sanger. A análise por aCGH revelou microdeleções ou microduplicações localizadas nos cromossomos rearranjados, em 12 dos 45 pacientes investigados (27%). A análise de 27 rearranjos por MPS permitiu a caracterização dos pontos de junção das quebras. MPS expandiu o número de pontos de quebra, detectados por análise do cariótipo ou aCGH, de 114 para 156 (em resolução < 2kb, na maioria dos casos). O número de pontos de quebra/rearranjo variou de 2 a 20. Os 156 pontos de quebra resultaram em 86 variantes estruturais equilibradas e outras 32 variantes não equilibradas. Perdas e ganhos de segmentos submiscroscópicos nos cromossomos rearranjados constituíram a principal causa ou, provavelmente, contribuíram para o quadro clínico de 12 dos 45 pacientes. Em cinco desses 12 rearranjos foram detectadas por MPS a interrupção de genes já relacionados à doença, ou provável alteração de sua região reguladora, contribundo para o quadro clínico. Em quatro dos 33 rearranjos não associados a perdas ou ganhos de segmentos, a análise por MPS revelou a interrupção de genes que já foram anteriormente relacionados a doenças, explicando-se, assim, as características clínicas dos portadores; outro rearranjo pode ter levando alteração da expressão gênica de gene sensível a dosagem e ao quadro clínico. Um rearranjo cromossômico familial, identificado na análise após bandamento G como uma translocação equilibrada, t(2;22)(p14;q12), segregava com quadro de atraso do desenvolvimento neuropsicomotor e dificuldade de aprendizado associados a dismorfismos. A combinação das análises por FISH, aCGH e MPS revelou que se tratava, na verdade, de rearranjo complexo entre os cromossomos 2, 5 e 22, incluindo 10 quebras. A segregação de diferentes desequilíbrios submicroscópicos em indivíduos afetados e clinicamente normais permitiu a compreensão da variabilidade clínica observada na família. Rearranjos equilibrados detectados em indivíduos afetados, mas herdados de genitores clinicamente normais, são, em geral, considerados como não tendo relação com o quadro clínico, apesar da possibilidade de desequilíbrios cromossômicos gerados por permuta desigual na meiose do genitor portador do rearranjo. Neste trabalho, a investigação de 11 desses rearranjos por aCGH não revelou perdas ou ganhos de segmentos nos cromossomos rearranjados. No entanto, a análise por aCGH da portadora de um desses rearranjos - inv(12)mat - revelou deleção de 8,7 Mb no cromossomo 8, como causa de seu fenótipo clínico. Essa deleção estava relacionada com outro rearranjo equilibrado também presente em sua mãe, independente da inversão. Para compreender os mecanismos de formação de rearranjos citogeneticamente equilibrados, investigamos os segmentos de junção no nível de pares de base. A análise por MPS que levou, na maioria dos casos, ao mapeamento dos pontos de quebras em segmentos <1kb permitiu o sequenciamento pelo método de Sanger de 51 segmentos de junções de 17 rearranjos. A ocorrência de blunt fusions ou inserções e deleções <10 pb, e a ausência de homologia ou a presença de micro homologia de 2 pb a 4 pb de extensão indicaram o mecanismo de junção de extremidades não homólogas (non-homologous end joinging; NHEJ), na maioria das 51 junções caracterizadas. As características de três dos quatro rearranjos mais complexos, com 17-20 quebras, indicaram sua formação pelo mecanismo de chromothripsis. Este estudo mostra a importância da análise genômica de variações de número de cópias por microarray, juntamente com o mapeamento dos pontos de quebra por MPS, para determinar a estrutura de rearranjos cromossômicos citogeneticamente equilibrados e seu impacto clínico. O mapeamento dos segmentos de junção por MPS, permitindo o sequenciamento pelo método de Sanger, foi essencial para a compreensão de mecanismos de formação desses rearranjos

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