Genomics of wine yeast: functional analysis of new and variable genes

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a l’Institut National de la Recherche Agronomique, França, entre 2007 i 2009. Saccharomyces cerevisiae ha estat el llevat utilitzat durant mil.lenis en l'elaboració de vins. Tot i així, es té poc coneixement sobre les pressions de selecció que han actuat en la modelització del genoma dels llevats vínics. S’ha seqüenciat el genoma d'una soca vínica comercial, EC1118, obtenint 31 supercontigs que cobreixen el 97% del genoma de la soca de referència, S288c. S’ha trobat que el genoma de la soca vínica es diferencia bàsicament en la possessió de 3 regions úniques que contenen 34 gens implicats en funcions claus per al procés fermentatiu. A banda, s’han dut a terme estudis de filogènia i synteny (ordre dels gens) que mostren que una d'aquestes tres regions és pròxima a una espècie relacionada amb el gènere Saccharomyces, mentre que les altres dos regions tenen un origen no-Saccharomyces. S’ha identificat mitjançant PCR i seqüenciació a Zygosaccharomyces bailii, una espècie contaminant de les fermentacions víniques, com a espècie donadora d'una de les dues regions. Les hibridacions naturals entre soques de diferents espècies dins del grup Saccharomyces sensu stricto ja han estat descrites. El treball és el primer que presenta hibridacions entre espècies Saccharomyces i no-Saccharomyces (Z. bailii, en aquest cas). També s’assenyala que les noves regions es troben freqüent i diferencialment presents entre els clades de S. cerevisiae, trobant-se de manera gairebé exclusiva en el grup de les soques víniques, suggerint que es tracta d'una adquisició recent de transferència gènica. En general, les dades demostren que el genoma de les soques víniques pateix una constant remodelació mitjançant l'adquisició de gens exògens. Els resultats suggereixen que aquests processos estan afavorits per la proximitat ecològica i estan implicats en l'adaptació molecular de les soques víniques a les condicions d'elevada concentració en sucres, poc nitrogen i elevades concentracions en etanol.

Comparative genomics of the odorant-binding and chemosensory protein gene families across the arthropoda: origin and evolutionary history of the chemosensory system

Chemoreception is a biological process essential for the survival of animals, as it allows the recognition of important volatile cues for the detection of food, egg-laying substrates, mates or predators, among other purposes. Furthermore, its role in pheromone detection may contribute to evolutionary processes such as reproductive isolation and speciation. This key role in several vital biological processes makes chemoreception a particularly interesting system for studying the role of natural selection in molecular adaptation. Two major gene families are involved in the perireceptor events of the chemosensory system: the odorant-binding protein (OBP) and chemosensory protein (CSP) families. Here, we have conducted an exhaustive comparative genomic analysis of these gene families in twenty Arthropoda species. We show that the evolution of the OBP and CSP gene families is highly dynamic, with a high number of gains and losses of genes, pseudogenes and independent origins of subfamilies. Taken together, our data clearly support the birth-and-death model for the evolution of these gene families with an overall high gene-turnover rate. Moreover, we show that the genome organization of the two families is significantly more clustered than expected by chance and, more important, that this pattern appears to be actively maintained across the Drosophila phylogeny. Finally, we suggest the homologous nature of the OBP and CSP gene families, dating back their MRCA (most recent common ancestor) to 380¿420 Mya, and we propose a scenario for the origin and diversification of these families.

Evolutionary dynamics of molecular markers during local adaptation: a case study in Drosophila subobscura

Background: Natural selection and genetic drift are major forces responsible for temporal genetic changes in populations. Furthermore, these evolutionary forces may interact with each other. Here we study the impact of an ongoing adaptive process at the molecular genetic level by analyzing the temporal genetic changes throughout 40 generations of adaptation to a common laboratory environment. Specifically, genetic variability, population differentiation and demographic structure were compared in two replicated groups of Drosophila subobscura populations recently sampled from different wild sources. Results: We found evidence for a decline in genetic variability through time, along with an increase in genetic differentiation between all populations studied. The observed decline in genetic variability was higher during the first 14 generations of laboratory adaptation. The two groups of replicated populations showed overall similarity in variability patterns. Our results also revealed changing demographic structure of the populations during laboratory evolution, with lower effective population sizes in the early phase of the adaptive process. One of the ten microsatellites analyzed showed a clearly distinct temporal pattern of allele frequency change, suggesting the occurrence of positive selection affecting the region around that particular locus. Conclusion: Genetic drift was responsible for most of the divergence and loss of variability between and within replicates, with most changes occurring during the first generations of laboratory adaptation. We also found evidence suggesting a selective sweep, despite the low number of molecular markers analyzed. Overall, there was a similarity of evolutionary dynamics at the molecular level in our laboratory populations, despite distinct genetic backgrounds and some differences in phenotypic evolution.

Ab initio absorption spectrum of NiO combining molecular dynamics with the embedded cluster approach in a discrete reaction field

We developed a procedure that combines three complementary computational methodologies to improve the theoretical description of the electronic structure of nickel oxide. The starting point is a Car-Parrinello molecular dynamics simulation to incorporate vibrorotational degrees of freedom into the material model. By means ofcomplete active space self-consistent field second-order perturbation theory (CASPT2) calculations on embedded clusters extracted from the resulting trajectory, we describe localized spectroscopic phenomena on NiO with an efficient treatment of electron correlation. The inclusion of thermal motion into the theoretical description allowsus to study electronic transitions that, otherwise, would be dipole forbidden in the ideal structure and results in a natural reproduction of the band broadening. Moreover, we improved the embedded cluster model by incorporating self-consistently at the complete active space self-consistent field (CASSCF) level a discrete (or direct) reaction field (DRF) in the cluster surroundings. The DRF approach offers an efficient treatment ofelectric response effects of the crystalline embedding to the electronic transitions localized in the cluster. We offer accurate theoretical estimates of the absorption spectrum and the density of states around the Fermi level of NiO, and a comprehensive explanation of the source of the broadening and the relaxation of the charge transferstates due to the adaptation of the environment

Molecular evidence to suggest the origin of a colonization: Drosophila subobscura in America

Abstract The recent colonization of America by Drosophila subobscura represents a great opportunity for evolutionary biology studies. Knowledge of the populations from which the colonization started would provide an understanding of how genetic composition changed during adaptation to the new environment. Thus, a 793 nucleotide fragment of the Odh (Octanol dehydrogenase) gene was sequenced in 66 chromosomal lines from Barcelona (western Mediterranean) and in 66 from Mt. Parnes (Greece, eastern Mediterranean). No sequence of Odh fragment in Barcelona or Mt. Parnes was identical to any of those previously detected in America. However, an Odh sequence from Barcelona differed in only one nucleotide from another found in American populations. In both cases, the chromosomal lines presented the same inversion: O7, and the Odh gene was located within this inversion. This evidence suggests a possible western Mediterranean origin for the colonization. Finally, the molecular and inversion data indicate that the colonization was not characterized by multiple reintroductions.

Caracterización agronómica, fenológica, cualitativa y molecular de la colección nuclear de cebadas españolas

El presente proyecto planteaba el paso siguiente a la construcción, por nosotros mismos, de la Colección Nuclear de Cebadas Españolas, que es una representación esquemática de la variabilidad genética de las cebadas ancestralmente cultivadas en nuestro país. Para la explotación completa de estos materiales autóctonos en el Programa Nacional de Mejora de Cebadas, que estamos llevando a cabo los grupos integrantes de este proyecto, se realizó el mismo, que ha comprendido los objetivos siguientes: - Caracterización agronómica, mediante ensayos de campo en ambientes contrastantes y representativos, incluyendo la evaluación de respuestas a factores productores de estreses bióticos y abióticos. - Caracterización fenológica, mediante ensayos en invernadero con protocolos desarrollados por nosotros, para identificar la respuesta de estos genotipos a la vernalización y el fotoperiodo. - Caracterización maltero-cervecera/pienso, mediante análisis de cebada y malta. - Caracterización molecular, mediante el uso de marcadores SSRs y STS.

Aplicación de técnicas de citogenética molecular para la detección de aneuploidía y clastogenicidad en células humanas expuestas a arsénico

Los objetivos de esta investigación son: a) Determinar la potencialidad genotóxica de diversos compuestos de arsénico (incluyendo inorgánicos y sus formas metiladas) con el ensayo de micronúcleos utilizando cultivos de células humanas; y b)Estudiar la posible acción aneugénica y clastogénica de los compuestos analizados, determinando el origen de los micronúcleos inducidos mediante la técnica FISH, utilizando sondas pancentroméricas.

Estudi de la reactivitat respecte l'oxigen molecular d'una nova família de complexos dinuclears de coure(I) amb lligands hexaazamacrocíclics. Estudis preliminars d'oxidacions de fenols i sulfurs

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la Università degli Studi di Pavia entre setembre i desembre del 2007. Els lligands macrocíclics són sistemes que han estat àmpliament utilitzats per mimetitzar els centres actius de proteïnes dinuclears de coure com ara oxigenases (per exemple la tirosinasa). S’ha observat que la reactivitat del complex model depèn de les característiques del lligand com ara la geometria, la cavitat o la distància intermetàl•lica. En aquest sentit, es van sintetitzar dues noves famílies de lligands hexaazamacrocíclics ditòpics, una amb braços laterals tipus piridil i l’altra amb braços laterals tipus fenol. Dintre de cada família, els lligands es diferencien en la cavitat macrocíclica. En aquest treball s’han realitzat estudis de ractivitat respecte de l’oxigen molecular dels complexos dinuclears de coure(I) amb els lligands sintetitzats. Quan es deixen reaccionar els complexos amb oxigen molecular a baixa temperatura, no s’ha observat l’acumulació de cap espècie intermèdia, però si una diferència de reactivitat entre les dues famílies, essent els complexos amb els lligands fenolics molt més reactius que els complexos amb els lligands piridina. També s’han realitzat estudis per comprovar l’activitat oxigenasa dels complexos amb substrats externs. S’han assajat el para-clorofenol i la tioanisole. En el cas del p-clorofenol no s’ha observat en cap cas el producte d’oxigenació corresponent (p-clorocatecol). Quan s’han realitzat els experiments amb la tioanisole, en tots tres casos s’ha observat l’aparició del producte d’oxigenació corresponent (metilfenilsulfòxid), però amb una marcada diferència en el rendiment, mostrant-se molt més actius de nou els complexos amb el lligand fenòlic que el complex amb el lligand piridina.

Oscillations in a molecular structured cell population model

We consider a nonlinear cyclin content structured model of a cell population divided into proliferative and quiescent cells. We show, for particular values of the parameters, existence of solutions that do not depend on the cyclin content. We make numerical simulations for the general case obtaining, for some values of the parameters convergence to the steady state but also oscillations of the population for others.

The Evolution of adaptation policies in Britain

Adaptació de habitatge al Regne Unit. Ponència presentada al "2º Espacio de Encuentro Rehabilitación y Adaptación Funcional de la Vivienda" (Sant Sebastià, 2 Juny 2010)

Anàlisi genètica i molecular de les malalties Niemann-Pick tipus A/B i tipus C. Estratègies terapèutiques.

Aquest treball es basa en l’estudi de dues malalties lisosòmiques: la malaltia de Niemann-Pick A/B (NPAB) i la malaltia de Niemann-Pick tipus C (NPC). En relació a la malaltia de NPAB, s’ha realitzat l’expressió in vitro d’algunes de les mutacions de canvi d’aminoàcid trobades en pacients espanyols per tal de detectar les activitats enzimàtiques residuals. Totes les mutacions presenten una activitat molt baixa, gairebé nul•la, excepte la p.L225P i la R608del que tenen un 11% i 20% d’activitat respectivament. Els resultats obtinguts són coherents amb la severitat del fenotip que presenten els pacients. D’altra banda, s’ha caracteritzat un al•lel amb una mutació que afecta a una posició poc conservada d’un donador de splicing i que produeix la generació de trànscrits aberrants corresponents a trànscrits minoritaris de SMPD1, prèviament descrits, que no codifiquen per proteïna funcional. Respecte a malaltia de NPC, s’ha realitzat una anàlisi molecular de pacients espanyols prèviament estudiats identificant, en la majoria dels casos, la segona mutació responsable de la patologia. S’ha descrit per primer cop per aquesta malaltia una gran deleció que inclou el gen NPC1 i altres gens flanquejants i s’ha estudiat l’efecte que tenen les mutacions de splicing trobades a nivell de RNA. Per una d’aquestes mutacions, c.1554-1009G&A, s’ha assajat amb èxit una estratègia terapèutica basada en la utilització d’oligonuclèotids antisentit. D’altra banda, s’està desenvolupant un model cel•lular neuronal de la malaltia de Niemann-Pick tipus C, basat en la utilització de RNAs d’interferència, sobre el qual es podran assajar possibles estratègies terapèutiques en un futur.

Obtenció de nous anàlegs amb activitat brassinoesteroide mitjançant modelització molecular i síntesi

Els brassinoesteroides són productes naturals que actuen com a potents reguladors del creixement vegetal. Presenten aplicacions prometedores en l’agricultura degut a que, aplicats exògenament, augmenten la qualitat i la quantitat de les collites. Ara bé, el seu ús s’ha vist restringit degut a la seva costosa obtenció. Aquest fet ha motivat la recerca de nous compostos actius més assequibles. En aquest projecte es planteja el disseny i obtenció de nous anàlegs seguint diferents estratègies que impliquen tant l’ús de mètodes de modelització molecular com de síntesi orgànica. La primera d’aquestes estratègies consisteix en buscar compostos actius en bases de dades de compostos comercials a través de processos de Virtual Screening desenvolupats amb mètodes computacionals basats en Camps d’Interacció Molecular. Així, es van establir i interpretar models de Relacions Quantitatives Estructura-Activitat (QSAR) emprant descriptors independents de l’alineament (GRIND) i, amb col•laboració amb la Universitat de Perugia, aquest criteri de cerca es va ampliar amb l’aplicació de descriptors FLAP de nova generació. Una altra estratègia es va basar en intentar substituir l’esquelet esteroide dels brassinoesteroides per una estructura equivalent, fixant com a cadena lateral el grup (R)-hexahidromandelil. S’han aplicat dos criteris: mètodes computacionals basats en models QSAR establerts amb descriptors GRIND i també en la metodologia SHOP (scaffold hopping), i, per altra banda, anàlegs proposats racionalment a partir d’un estudi efectuat sobre disruptors endocrins no esteroïdals. Sobre les estructures trobades s’hi va unir la cadena lateral comercial esmentada per via sintètica, en la qual s’ha hagut de fer un èmfasi especial en grups protectors. En total, 49 estructures es proposen per a ser obtingudes sintèticament. També s’ha treballat en l’obtenció un agonista derivat de l’hipotètic antagonista KM-01. Totes les molècules candidates, ja siguin comercials o obtingudes sintèticament, estant sent avaluades en el test d’inclinació de la làmina d’arròs (RLIT).

Identificación de variedades de vitis vinifera procedentes de diferentes regiones del mundo mediante tècnica de biologia molecular de los microsatéllites

El objetivo de este estudio se centró en analizar una colección privada de germoplasma de Vitis vinifera L., de 338 cultivares procedentes de 24 países, para caracterizarlas creando una base de datos, utilizando 11 marcadores microsatélites o SSR (Simple Sequence Repeat). Como resultado se encontraron que algunas de las muestras analizadas presentaron un perfil idéntico de SSR, indicando que se trata de una sinonimia (la misma variedad pero con diferente nombre). Se detectaron 293 perfiles únicos. Adicionalmente, 15 pares de variedades presentaron diferencias en un solo locus y otros 7 grupos difieren en 2 loci, lo cual indicaría la alta proximidad genética entre esas variedades, sin llegar a ser la misma. El germoplasma analizado cuenta con una compleja biodiversidad varietal que se debe preservar. El estudio se realizó programando para el primer año la revisión bibliográfica detallada, recolección de las hojas y el inicio de la puesta a punto de la metodología, en el segundo año se completa la puesta a punto de la metodología, se trituran las hojas y se realiza la extraccinón del ADN. El tercer año se emplea para amplificar los fragmentos de ADN por medio de la PCR (reacción en cadena de la polimerasa), obtener la longitud de los fragmentos con un secuenciador ABI PRISM 310, valorar resultados y realizar repeticiones. El último año se analizan los resultados obtenidos, se realizan repeticiones pertinentes y se comienza la redacción de artículos científicos.