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

Análise in vitro da expressão de genes de resposta a estresse oxidativo e osmótico da bactéria fastidiosa Leifsonia xyli subsp. xyli

Atualmente, o Brasil é o maior produtor de cana-de-açúcar (Saccharum ssp.), no qual o estado de São Paulo é responsável por mais de 50% da produção. Esta cultura é hospedeira de diversos patógenos que podem limitar sua produção, dentre os quais se destaca a bactéria Leifsonia xyli subsp. xyli (Lxx), agente causal do raquitismo da soqueira (ratoon stunting disease - RSD). Pouco se sabe sobre a fisiologia deste organismo e quais as estratégias utilizadas por este para colonizar seu hospedeiro. No entanto, sabemos que para infectar e colonizar seus hospedeiros, é necessário que bactérias parasíticas superem estresses de diversas naturezas impostas durante estes processos, como os estresses oxidativo e o osmótico. Neste contexto, os objetivos deste trabalho foram identificar in silico e analisar a expressão in vitro, por qPCR, de genes relacionados a estes dois estresses. Uma análise da sequência do genoma de Lxx identificou 35 genes, sendo 8 relacionados ao estresse oxidativo, 9 relacionados ao estresse osmótico e 11 relacionados a estresse gerais, incluindo um cluster de 6 genes envolvidos na síntese de carotenoides. A expressão destes foi avaliada 60 minutos após exposição a 30mM de H2O2 ou 7% (p/v) de polietilenoglicol 6000 (PEG 6000). Sete genes foram avaliados como normalizadores das reações de qPCR. A quantificação do grau de peroxidação lipídica indicou que ambos os tratamentos resultaram em sensível peroxidação, muito embora o efeito do tratamento com PEG 6000 tenha sido maior do que o tratamento com H2O2. A exposição ao H2O2 aumentou a expressão dos genes katA (catalase), sodA (superóxido dismutase), msrA (Sulfóxido de metionina redutase) e msrB (Sulfóxido de metionina redutase) bem como de todos os genes responsáveis pela síntese de carotenoides. Por outro lado, todos os genes relacionados ao estresse osmótico foram menos expressos na presença deste composto. Já quando a bactéria foi exposta a PEG 6000, o oposto ocorreu, ou seja, os genes relacionados ao estresse osmótico, que são otsA (Trealose-6-fosfato sintase), otsB (Trealose fosfatase), treY (Malto-oligosil trealose sintase), treZ (Malto-oligosil trealose trealoidrolase), treS (Trealose sintase), proX (Proteína de ligamento em substrato, tipo ABC glicina betaína transportadora), proW (Proteína permease, tipo ABC glicina betaína transportadora), proZ (Proteína permease, tipo ABC glicina betaína transportadora) e Naggn (Amidotransferase), além dos genes do cluster carotenoide, foram mais expressos, ao passo que alguns dos genes ligados à resposta ao estresse oxidativo foram menos expressos. Verificou-se também, através de PCR convencional utilizando primers para amplificar as regiões entre os genes carotenoides, que estes são expressos como um RNA policistrônico, constituindo assim um operon. Estes resultados validam predições anteriores baseadas na análise in silico da sequência do genoma de Lxx, confirmando que Lxx possui mecanismos responsivos aos estresses osmótico e oxidativo aos quais é submetida durante o processo de infecção de seu hospedeiro.