Broken colinearity of the amphioxus Hox cluster.

Background In most eumetazoans studied so far, Hox genes determine the identity of structures along the main body axis. They are usually linked in genomic clusters and, in the case of the vertebrate embryo, are expressed with spatial and temporal colinearity. Outside vertebrates, temporal colinearity has been reported in the cephalochordate amphioxus (the least derived living relative of the chordate ancestor) but only for anterior and central genes, namely Hox1 to Hox4 and Hox6. However, most of the Hox gene expression patterns in amphioxus have not been reported. To gain global insights into the evolution of Hox clusters in chordates, we investigated a more extended expression profile of amphioxus Hox genes. Results Here we report an extended expression profile of the European amphioxus Branchiostoma lanceolatum Hox genes and describe that all Hox genes, except Hox13, are expressed during development. Interestingly, we report the breaking of both spatial and temporal colinearity for at least Hox6 and Hox14, which thus have escaped from the classical Hox code concept. We show a previously unidentified Hox6 expression pattern and a faint expression for posterior Hox genes in structures such as the posterior mesoderm, notochord, and hindgut. Unexpectedly, we found that amphioxus Hox14 had the most divergent expression pattern. This gene is expressed in the anterior cerebral vesicle and pharyngeal endoderm. Amphioxus Hox14 expression represents the first report of Hox gene expression in the most anterior part of the central nervous system. Nevertheless, despite these divergent expression patterns, amphioxus Hox6 and Hox14 seem to be still regulated by retinoic acid. Conclusions Escape from colinearity by Hox genes is not unusual in either vertebrates or amphioxus and we suggest that those genes escaping from it are probably associated with the patterning of lineage-specific morphological traits, requiring the loss of those developmental constraints that kept them colinear.

Genome Biology and Evolution of the Animal Kingdom

Estudi realitzat a partir d’una estada a la Institut J.W. Jenkinson Laboratory for Evolution and Development of the University of Oxford, Regne Unit, entre 2010 i 2012. He estat membre del laboratori del Professor Peter W.H. Holland com a becari post-doctoral Beatriu de Pinós des de setembre de 2010 al setembre de 2012. El nostre projecte de recerca se centra en l'anàlisi genòmic comparatiu del Regne Animal, tot explorant el contingut dels genomes a través de totes les branques de l'arbre dels animals. Totes les referències a les meves publicacions durant aquest post-doc es poden trobar a http://about.me/jordi_paps. Crec que el nombre i la qualitat dels resultats del meu post-doc, un total de 8 publicacions incloent dos articles a la prestigiosa revista Nature, són prova de l'èxit d'aquest post-doc. Prof Peter W. H. Holland (Departament de Zoologia de la Universitat d'Oxford) i jo som coautors de tres articles de genòmica comparativa, resultats directes d'aquest projecte: 1) comparació de families gèniques entre vertebrats invertebrats (Briefings in Functional Genomics), 2) el genoma de l'ostra (publicat a la revista Nature), i 3) els genomes de 6 platihelmints paràsits (acceptat també a Nature). A més, tenim altres 2 treballs en preparació. Un d'ells analitza l'evolució, expressió i funció dels gens Hox al a la tènia Hymenolepis. El perfil fi d'aquests gens clau del desenvolupament esclareix els canvis d'estil de vida dels organismes. A més, durant aquest últim post-doc he participat en diverses col•laboracions, incloent anàlisi de gens d'envelliment a cucs plans, un estudi sobre la filogènia del grup Gastrotricha, una revisió de l'evolució phylum Platyhelminthes, així com un capítol d'un llibre sobre l'evolució dels animals bilaterals. Finalment, gràcies a la beca Beatriu de Pinós, el Prof. Peter W.H. Holland m'ha convidat a formar part del seu equip com un investigador post-doctoral en el seu projecte ERC Advance actual sobre duplicacions genòmiques.

Functional dissection of the ash2 and ash1 transcriptomes provides insights into the transcriptional basis of wing phenotypes and reveals conserved protein interactions

Background: The trithorax group (trxG) genes absent, small or homeotic discs 1 (ash1) and 2 (ash2) were isolated in a screen for mutants with abnormal imaginal discs. Mutations in either gene cause homeotic transformations but Hox genes are not their only targets. Although analysis of double mutants revealed that ash2 and ash1 mutations enhance each other's phenotypes, suggesting they are functionally related, it was shown that these proteins are subunits of distinct complexes.Results: The analysis of wing imaginal disc transcriptomes from ash2 and ash1 mutants showed that they are highly similar. Functional annotation of regulated genes using Gene Ontology allowed identification of severely affected groups of genes that could be correlated to the wing phenotypes observed. Comparison of the differentially expressed genes with those from other genome-wide analyses revealed similarities between ASH2 and Sin3A, suggesting a putative functional relationship. Coimmunoprecipitation studies and immunolocalization on polytene chromosomes demonstrated that ASH2 and Sin3A interact with HCF (host-cell factor). The results of nucleosome western blots and clonal analysis indicated that ASH2 is necessary for trimethylation of the Lys4 on histone 3 (H3K4).Conclusion: The similarity between the transcriptomes of ash2 and ash1 mutants supports a model in which the two genes act together to maintain stable states of transcription. Like in humans, both ASH2 and Sin3A bind HCF. Finally, the reduction of H3K4 trimethylation in ash2 mutants is the first evidence in Drosophila regarding the molecular function of this trxG gene.

Genesis and evolution of the Evx and Mox genes and the extended Hox and ParaHox gene clusters

Background: Hox and ParaHox gene clusters are thought to have resulted from the duplication of a ProtoHox gene cluster early in metazoan evolution. However, the origin and evolution of the other genes belonging to the extended Hox group of homeobox-containing genes, that is, Mox and Evx, remains obscure. We constructed phylogenetic trees with mouse, amphioxus and Drosophila extended Hox and other related Antennapedia-type homeobox gene sequences and analyzed the linkage data available for such genes.Results: We claim that neither Mox nor Evx is a Hox or ParaHox gene. We propose a scenariothat reconciles phylogeny with linkage data, in which an Evx/Mox ancestor gene linked to aProtoHox cluster was involved in a segmental tandem duplication event that generated an arrayof all Hox-like genes, referred to as the `coupled¿ cluster. A chromosomal breakage within thiscluster explains the current composition of the extended Hox cluster (with Evx, Hox and Moxgenes) and the ParaHox cluster.Conclusions: Most studies dealing with the origin and evolution of Hox and ParaHox clustershave not included the Hox-related genes Mox and Evx. Our phylogenetic analyses and theavailable linkage data in mammalian genomes support an evolutionary scenario in which anancestor of Evx and Mox was linked to the ProtoHox cluster, and that a tandem duplication of alarge genomic region early in metazoan evolution generated the Hox and ParaHox clusters, plusthe cluster-neighbors Evx and Mox. The large `coupled¿ Hox-like cluster EvxHox/MoxParaHox wassubsequently broken, thus grouping the Mox and Evx genes to the Hox clusters, and isolating theParaHox cluster.

Association mapping of candidate genes for drought tolerance in Mediterranean durum wheat landraces

Treball al que se li ha concedit el premi al millor póster del congrés

Bioinformática: identificar genes en una interfaz gráfica vía web para la comparación de genomas

Este trabajo desarrolla el proceso de diseño e implementación de una interfaz web que permite la exploración en detalle de las relaciones entre genomas completos. La interfaz permite la comparación simultánea de nueve genomas, representando en cada gráfica las relaciones entre cada par de genomas junto los genes identificados de cada uno de ellos. Es capaz de trabajar con genomas del dominio Eukaryota y se adapta a la capacidad de cómputo de la máquina cliente. La información representada son MUMs (Maximal Unique Matching, secuencia máxima y única encontrada en ambos genomas) y SuperMUMs (agrupación de MUMs mediante Approximate String Matching). Los datos son previamente calculados y accesibles desde un servidor web.

Bioinformática: interfaz web para estudiar el efecto de diferentes condiciones sobre la expresión de los genes

El trabajo realizado se divide en dos bloques bien diferenciados, ambos relacionados con el análisis de microarrays. El primer bloque consiste en agrupar las condiciones muestrales de todos los genes en grupos o clústers. Estas agrupaciones se obtienen al aplicar directamente sobre la microarray los siguientes algoritmos de agrupación: SOM,PAM,SOTA,HC y al aplicar sobre la microarray escalada con PC y MDS los siguientes algoritmos: SOM,PAM,SOTA,HC y K-MEANS. El segundo bloque consiste en realizar una búsqueda de genes basada en los intervalos de confianza de cada clúster de la agrupación activa. Las condiciones de búsqueda ajustadas por el usuario se validan para cada clúster respecto el valor basal 0 y respecto el resto de clústers, para estas validaciones se usan los intervalos de confianza. Estos dos bloques se integran en una aplicación web ya existente, el applet PCOPGene, alojada en el servidor: http://revolutionresearch.uab.es.

Polimorfismos genéticos (en los genes OPRM1, BETA-ARRESTINA2,STAT6 y COMT) y su influencia en la tolerancia al tratamiento con opiáceos mayores en pacientes oncológicos

La morfina es l’opioid majoritàriament utilitzat en dolor oncològic, però existeix elevada variabilitat de resposta. Vam intentar correlacionar aquesta variabilitat amb polimorfismes genètics (Opmr-1, Beta-arrestina2, Stat6 i COMT, relacionats amb mecanismes d’acció opioids). Hem estudiat 29 pacients amb dolor (EVA superior o igual a 6) que van iniciar tractament amb morfina i vam avaluar eficacia i tolerancia a la morfina correlacionant-ho amb els polimorfismos que presentaven. Vam observar que els genotips CC/TC per β-arrestina2 i AA/GA per COMT i Oprm1 es podrien associar a millor resposta i menor toxicitat a la morfina, i els genotips AA/GA per STAT6 s’associaven significativament a menor toxicitat

Teleost fish larvae adapt to dietary arachidonic acid supply through modulation of the expression of lipid metabolism and stress response genes

Dietary fatty acid supply can affect stress response in fish during early development. Although knowledge on the mechanisms involved in fatty acid regulation of stress tolerance is scarce, it has often been hypothesised that eicosanoid profiles can influence cortisol production. Genomic cortisol actions are mediated by cytosolic receptors which may respond to cellular fatty acid signalling. An experiment was designed to test the effects of feeding gilthead sea-bream larvae with four microdiets, containing graded arachidonic acid (ARA) levels (0·4, 0·8, 1·5 and 3·0 %), on the expression of genes involved in stress response (steroidogenic acute regulatory protein, glucocorticoid receptor and phosphoenolpyruvate carboxykinase), lipid and, particularly, eicosanoid metabolism (hormone-sensitive lipase, PPARα, phospholipase A2, cyclo-oxygenase-2 and 5-lipoxygenase), as determined by real-time quantitative PCR. Fish fatty acid phenotypes reflected dietary fatty acid profiles. Growth performance, survival after acute stress and similar whole-body basal cortisol levels suggested that sea-bream larvae could tolerate a wide range of dietary ARA levels. Transcription of all genes analysed was significantly reduced at dietary ARA levels above 0·4 %. Nonetheless, despite practical suppression of phospholipase A2 transcription, higher leukotriene B4 levels were detected in larvae fed 3·0 % ARA, whereas a similar trend was observed regarding PGE2 production. The present study demonstrates that adaptation to a wide range of dietary ARA levels in gilthead sea-bream larvae involves the modulation of the expression of genes related to eicosanoid synthesis, lipid metabolism and stress response. The roles of ARA, other polyunsaturates and eicosanoids as signals in this process are discussed.

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.

Interfaz web para mostrar los genes según las relaciones que mantienen sus expresiones

La investigació entre les relacions dels nivells d’expressió dels gens aporta molta informació sobre els processos biològics i patològics. Mitjançant la tècnica de les microarrays es possibilita la investigació de les relacions d’expressió de milers de gens a la vegada. La finalitat d’aquest projecte es fent ús de l’aplicatiu web PCOPGene-Net, permetre la identificació dels gens per les relacions d’expressió no lineals que tenen amb la resta de gens i permetre també la identificació de les relacions d’expressió no lineals entre els gens d’una microarray.

I. Identification and characterisation of epigenetically altered tumor supressor genes by proteomic and genomic approches / II. Studies of genes regualted by MeCP2 union to its promoter regions by proteomic and genmomic approches

DNA methylation has an important impact on normal cell physiology, thus any defects in this mechanism may be related to the development of various diseases In this project we are interested in identifying epigeneticaliy modified genes, in general controlled by processes related to the DNA methylation, by means of a new strategy combining protomic and genomic analyses. First, the two Dimensional-Difference Gel Electrophoresis (2-DIGE) protein analyses of extracts obtained from HCT-116 wt and double knockout for DNMT1 and DNMT3b (DKO) cells revealed 34 proteins overexpressed in the condition of DNMTs depletion. From five genes with higher transcript lavels in DKO cells, comparing with HCT-116 wt. oniy AKR1B1, UCHLl and VIM are melhylated in HCT-116. As expected. the DNA methvlation 1s lost in DKO cells. The rneth,vl ation of VIM and UCHLl promoters in some cancer samples has already been repaired, thus further studies has been focused on AKRlBI. AKR1B1 expression due lo DNA methyiaton of promoter region seems to occur specilfically in the colon cancer cell Iines. which was confirmed in the DNA rnethylation status and expression analyses. performed on 32 different cancer cell lines (including colon, breast, lymphoma, leukemia, neuroblastoma, glioma and lung cancer cell Iines) as well as normal colon and normal lymphocytes samples. AKRIBI expression after treatments with DNA demethvlating agent (AZA) was rescued in 5 coloncancer cell lines (including genetic regulation of the candidate gene. The methylation status of the rest of the genes identified in proteomic analysis was checked by methylation specific PCR (MSP) experiment and all appeared to be unmethylated. The similar research has been done also bv means of Mecp2-null mouse model For 14 selected candidate genes the analyses of expression leveis, methylation Status and MeCP2 interaction with promoters are currently being performed.