Molecular and functional characterization of an octopamine receptor from honeybee (Apis mellifera) brain

Biogenic amines and their receptors regulate and modulate many physiological and behavioural processes in animals. In vertebrates, octopamine is only found in trace amounts and its function as a true neurotransmitter is unclear. In protostomes, however, octopamine can act as neurotransmitter, neuromodulator and neurohormone. In the honeybee, octopamine acts as a neuromodulator and is involved in learning and memory formation. The identification of potential octopamine receptors is decisive for an understanding of the cellular pathways involved in mediating the effects of octopamine. Here we report the cloning and functional characterization of the first octopamine receptor from the honeybee, Apis mellifera . The gene was isolated from a brain-specific cDNA library. It encodes a protein most closely related to octopamine receptors from Drosophila melanogaster and Lymnea stagnalis . Signalling properties of the cloned receptor were studied in transiently transfected human embryonic kidney (HEK) 293 cells. Nanomolar to micromolar concentrations of octopamine induced oscillatory increases in the intracellular Ca2+ concentration. In contrast to octopamine, tyramine only elicited Ca2+ responses at micromolar concentrations. The gene is abundantly expressed in many somata of the honeybee brain, suggesting that this octopamine receptor is involved in the processing of sensory inputs, antennal motor outputs and higher-order brain functions.

Molecular basis of sulfonylurea herbicide inhibition of acetohydroxyacid synthase

Acetohydroxyacid synthase (AHAS) (acetolactate synthase, EC 4.1.3.18) catalyzes the first step in branchedchain amino acid biosynthesis and is the target for sulfonylurea and imidazolinone herbicides. These compounds are potent and selective inhibitors, but their binding site on AHAS has not been elucidated. Here we report the 2.8 Angstrom resolution crystal structure of yeast AHAS in complex with a sulfonylurea herbicide, chlorimuron ethyl. The inhibitor, which has a K-i of 3.3 nM blocks access to the active site and contacts multiple residues where mutation results in herbicide resistance. The structure provides a starting point for the rational design of further herbicidal compounds.

Are Ichthyosporea animals or fungi? Bayesian phylogenetic analysis of elongation factor 1α of Ichthyophonus irregularis

Ichthyosporea is a recently recognized group of morphologically simple eukaryotes, many of which cause disease in aquatic organisms. Ribosomal RNA sequence analyses place Ichthyosporea near the divergence of the animal and fungal lineages, but do not allow resolution of its exact phylogenetic position. Some of the best evidence for a specific grouping of animals and fungi (Opisthokonta) has come from elongation factor 1alpha, not only phylogenetic analysis of sequences but also the presence or absence of short insertions and deletions. We sequenced the EF-1alpha gene from the ichthyosporean parasite Ichthyophonus irregularis and determined its phylogenetic position using neighbor-joining, parsimony and Bayesian methods. We also sequenced EF-1alpha genes from four chytrids to provide broader representation within fungi. Sequence analyses and the presence of a characteristic 12 amino acid insertion strongly indicate that I. irregularis is a member of Opisthokonta, but do not resolve whether I. irregularis is a specific relative of animals or of fungi. However, the EF-1alpha of I. irregularis exhibits a two amino acid deletion heretofore reported only among fungi. (C) 2003 Elsevier Science (USA). All rights reserved.

Isolation and characterization of a cone snail protease with homology to CRISP proteins of the pathogenesis-related protein superfamily

The pathogenesis-related (PR) protein superfamily is widely distributed in the animal, plant, and fungal kingdoms and is implicated in human brain tumor growth and plant pathogenesis. The precise biological activity of PR proteins, however, has remained elusive. Here we report the characterization, cloning and structural homology modeling of Tex31 from the venom duct of Conus textile. Tex31 was isolated to >95% purity by activity-guided fractionation using a para-nitroanilide substrate based on the putative cleavage site residues found in the propeptide precursor of conotoxin TxVIA. Tex31 requires four residues including a leucine N-terminal of the cleavage site for efficient substrate processing. The sequence of Tex31 was determined using two degenerate PCR primers designed from N-terminal and tryptic digest Edman sequences. A BLAST search revealed that Tex31 was a member of the PR protein superfamily and most closely related to the CRISP family of mammalian proteins that have a cysteine-rich C-terminal tail. A homology model constructed from two PR proteins revealed that the likely catalytic residues in Tex31 fall within a structurally conserved domain found in PR proteins. Thus, it is possible that other PR proteins may also be substrate-specific proteases.

Faeces as a source of DNA for molecular studies in a threatened population of great bustards

With recent advances in molecular biology, it is now possible to use the trace amounts of DNA in faeces to non-invasively sample endangered species for genetic studies. A highly vulnerable population of approximately 100 great bustards (Otis tarda) exists in Morocco necessitating the use of non-invasive protocols to study their genetic structure. Here we report a reliable silica-based method to extract DNA from great bustard faeces. We found that successful extraction and amplification correlated strongly with faeces freshness and composition. We could not extract amplifiable DNA from 30% of our samples as they were dry or contained insect material. However 100% of our fresh faecal samples containing no obvious insect material worked, allowing us to assess the levels of genetic variation among 25 individuals using a 542 bp control region sequence. We were able to extract DNA from four out of five other avian species, demonstrating that faeces represents a suitable source of DNA for population genetics studies in a broad range of species.

Caracterização molecular de três espécies de Trachycephalus (Anura: Hylidae) : investigando potenciais híbridos interespecíficos

Animais híbridos representam um desafio à taxonomia e sistemática, pois correspondem a unidades evolutivas geralmente sem clara delimitação morfológica, comportamental e genética. Híbridos podem ser morfologicamente intermediários aos parentais ou, devido à introgressão e retrocruzamentos, suas características podem se misturar tornando difícil sua identificação. Uma das formas de identificação de híbridos é por meio de ferramentas de biologia molecular, que ao utilizarem marcadores de DNA mitocondrial (herança exclusiva materna) e DNA nuclear (herança materna e paterna), permitem a comparação entre informações genéticas. Além da hibridização existem outras fontes de conflito entre dados moleculares provenientes do DNA mitocondrial e DNA nuclear, como por exemplo a retenção de polimorfismos ancentrais. Em localidades do Espírito Santo, Brasil, foram coletados indivíduos de morfologia distinta de Trachycephalus mesophaeus e T. nigromaculatus, que são as únicas espécies do gênero conhecidas nesse estado. Porém, estudos piloto usando o gene mitocondrial Citocromo Oxidase subunidade I (COI) agruparam esses espécimes com amostras de T. typhonius. Devido a estas incongruências, foram sequenciados fragmentos de dois genes mitocondriais - COI e Nicotinamida Desidrogenase subunidade 2 (ND2) e um exon nuclear (tirosinase) de 173 indivíduos de Trachycephalus, de forma a esclarecer as identificações taxonômicas e investigar a correspondência entre caracteres morfológicos e genéticos nesta linhagem, na sua área de ocorrência As filogenias moleculares, divergências genéticas, redes de haplótipos e polimorfismos de nucleotídeos únicos (SNPs) confirmaram as três espécies acima mencionadas como linhagens evolutivas distintas e revelaram mais sete indivíduos potencialmente híbridos, mas morfologicamente assinalados a T. mesophaeus, T. nigromaculatus ou T. typhonius.. Devido à taxa de evolução lenta da tirosinase, as espécies mais recentes T. typhonius e T. nigromaculatus parecem não terem sido sorteadas completamente nesse gene. Já T. mesophaeus, que é a espécie mais antiga das três, foi recuperada inequivocamente em todas as análises. De forma inédita, as análises moleculares evidenciaram a ocorrência de introgressão bidirecional entre T. nigromaculatus e T. typhonius e entre T. nigromaculatus e T. mesophaeus, sendo que há indícios de indivíduos F1 (cruzamentos entre espécies parentais puras gerando híbridos). A utilização do gene ND2 mostrou-se mais eficiente do que o gene COI nas filogenias e, apesar da tirosinase ser um gene nuclear de evolução lenta, contribuiu para a identificação de incongruências citonucleares. Nossos resultados mostram que a história filogenética de Trachycephalus é complexa e que o uso de marcadores nucleares de evolução mais rápida e ampliação dessas análises para outras espécies do gênero podem revelar mais eventos de hibridização.

Host-symbiont interactions in the deep-sea vent mussel Bathymodiolus azoricus : a molecular approach

Tese de Doutoramento, Ciências do Mar, especialidade de Biologia Marinha, 19 de Dezembro de 2015, Universidade dos Açores.

Fast growing fungi: a problem to be solved to achieve characterization of occupational exposure to fungi in cork industry

Chrysonilia sitophila is a common mould in cork industry and has been identified as a cause of IgE sensitization and occupational asthma. This fungal species have a fast growth rate that may inhibit others species’ growth causing underestimated data from characterization of occupational fungal exposure. Aiming to ascertain occupational exposure to fungi in cork industry, were analyzed papers from 2000 about the best air sampling method, to obtain quantification and identification of all airborne culturable fungi, besides the ones that have fast-growing rates. Impaction method don’t allows the collection of a representative air volume, because even with some media that restricts the growth of the colonies, in environments with higher fungal load, such as cork industry, the counting of the colonies is very difficult. Otherwise, impinger method permits the collection of a representative air volume, since we can make dilution of the collected volume. Besides culture methods that allows fungal identification trough macro- and micro-morphology, growth features, thermotolerance and ecological data, we can apply molecular biology with the impinger method, to detect the presence of non-viable particles and potential mycotoxin producers’ strains, and also to detect mycotoxins presence with ELISA or HPLC. Selection of the best air sampling method in each setting is crucial to achieve characterization of occupational exposure to fungi. Information about the prevalent fungal species in each setting and also the eventual fungal load it’s needed for a criterious selection.

Avaliação da exposição a fungos e partículas em explorações avícolas e suinícolas: estudo

O projeto “Avaliação da Exposição a Fungos e Partículas em Explorações Avícolas e Suinícolas” contemplou um elevado número de colheitas ambientais e biológicas e respectivo processamento laboratorial, sendo apenas possível a sua concretização graças ao financiamento disponibilizado pela Autoridade para as Condições de Trabalho. Foi realizado um estudo transversal para avaliar a contaminação causada por fungos e partículas em 7 explorações avícolas e 7 explorações suinícolas. No que concerne à monitorização biológica, foram medidos os parâmetros espirométricos, utilizando o espirómetro MK8 Microlab, avaliada a existência de sintomas clínicos associados com a asma e outras doenças alérgicas, através de questionário adaptado European Community Respiratory Health Survey e, ainda, avaliada a sensibilização aos agentes fúngicos (IgE). Foram ainda adicionados dois objetivos ao estudo, designadamente: aferir a existência de três espécies/estirpes potencialmente patogénicas/toxinogénicas com recurso à biologia molecular e avaliar a exposição dos trabalhadores à micotoxina aflatoxina B1 por recurso a indicador biológico de exposição. Foram colhidas 27 amostras de ar de 25 litros nas explorações avícolas e 56 de 50 litros nas explorações suinícolas através do método de impacto. As colheitas de ar e a medição da concentração das partículas foram realizadas no interior e no exterior dos pavilhões, sendo este último considerado como local de referência. Simultaneamente, a temperatura e a humidade relativa também foram registadas. As colheitas das superfícies foram realizadas através da técnica de zaragatoa, tendo sido utilizado um quadrado de metal inoxidável de 10 cm de lado, de acordo com a International Standard ISO 18593 – 2004. As zaragatoas obtidas (20 das explorações avícolas e 48 das explorações suinícolas) foram inoculadas em malte de extract agar (2%) com cloranfenicol (0,05 g/L). Além das colheitas de ar e de superfícies, foram também obtidas colheitas da cama das explorações avícolas (7 novas e 14 usadas) e da cobertura do pavimento das explorações suinícolas (3 novas e 4 usadas) e embaladas em sacos esterilizados. Cada amostra foi diluída e inoculada em placas contendo malte extract agar. Todas as amostras foram incubadas a 27,5ºC durante 5 a 7 dias e obtidos resultados quantitativos (UFC/m3; UFC/m2; UFC/g) e qualitativos com a identificação das espécies fúngicas. Para a aplicação dos métodos de biologia molecular foram realizadas colheitas de ar de 300 litros utilizando o método de impinger com a velocidade de recolha de 300 L/min. A identificação molecular de três espécies potencialmente patogénicas e/ou toxinogénicas (Aspergillus flavus, Aspergillus fumigatus e Stachybotrys chartarum) foram obtidas por PCR em tempo real (PCR TR) utilizando o Rotor-Gene 6000 qPCR Detection System. As medições de partículas foram realizadas por recurso a equipamento de leitura direta (modelo Lighthouse, 2016 IAQ). Este recurso permitiu medir a concentração (mg/m3) de partículas em 5 dimensões distintas (PM 0.5; PM 1.0; PM 2.5; PM 5.0; PM10). Nas explorações avícolas, 28 espécies/géneros de fungos foram isolados no ar, tendo Aspergillus versicolor sido a espécie mais frequente (20.9%), seguida por Scopulariopsis brevicaulis (17.0%) e Penicillium sp. (14.1%). Entre o género Aspergillus, Aspergillus flavus apresentou o maior número de esporos (>2000 UFC/m3). Em relação às superfícies, A. versicolor foi detetada em maior número (>3 × 10−2 UFC/m2). Na cama nova, Penicillium foi o género mais frequente (59,9%), seguido por Alternaria (17,8%), Cladosporium (7,1%) e Aspergillus (5,7%). Na cama usada, Penicillium sp. foi o mais frequente (42,3%), seguido por Scopulariopsis sp. (38,3%), Trichosporon sp. (8,8%) e Aspergillus sp. (5,5%). Em relação à contaminação por partículas, as partículas com maior dimensão foram detectadas em maiores concentrações, designadamente as PM5.0 (partículas com a dimensão de 5.0 bm ou menos) e PM10 (partículas com a dimensão de 10 bm ou menos). Neste setting a prevalência da alteração ventilatória obstrutiva foi superior nos indivíduos com maior tempo de exposição (31,7%) independentemente de serem fumadores (17,1%) ou não fumadores (14,6%). Relativamente à avaliação do IgE específico, foi apenas realizado em trabalhadores das explorações avícolas (14 mulheres e 33 homens), não tendo sido encontrada associação positiva (p<0.05%) entre a contaminação fúngica e a sensibilização a antigénios fúngicos. No caso das explorações suinícolas, Aspergillus versicolor foi a espécie mais frequente (20,9%), seguida por Scopulariopsis brevicaulis (17,0%) e Penicillium sp. (14,1%). No género Aspergillus, A. versicolor apresentou o maior isolamento no ar (>2000 UFC/m3) e a maior prevalência (41,9%), seguida por A. flavus e A. fumigatus (8,1%). Em relação às superfícies analisadas, A. versicolor foi detetada em maior número (>3 ×10−2 UFC/m2). No caso da cobertura do pavimento das explorações suinícolas, o género Thicoderma foi o mais frequente na cobertura nova (28,0%) seguida por A. versicolor e Acremonium sp. (14,0%). O género Mucor foi o mais frequente na cobertura usada (25,1%), seguido por Trichoderma sp. (18,3%) e Acremonium sp. (11,2%). Relativamente às partículas, foram evidenciados também valores mais elevados na dimensão PM5 e, predominantes nas PM10. Neste contexto, apenas 4 participantes (22,2%) apresentaram uma alteração ventilatória obstrutiva. Destes, as obstruções mais graves encontraram-se nos que também apresentavam maior tempo de exposição. A prevalência de asma na amostra de trabalhadores em estudo, pertencentes aos 2 contextos em estudo, foi de 8,75%, tendo-se verificado também uma prevalência elevada de sintomatologia respiratória em profissionais não asmáticos. Em relação à utilização complementar dos métodos convencionais e moleculares, é recomendável que a avaliação da contaminação fúngica nestes settings, e, consequentemente, a exposição profissional a fungos, seja suportada pelas duas metodologias e, ainda, que ocorre exposição ocupacional à micotoxina aflatoxina B1 em ambos os contextos profissionais. Face aos resultados obtidos, é importante salientar que os settings alvo de estudo carecem de uma intervenção integrada em Saúde Ocupacional no âmbito da vigilância ambiental e da vigilância da saúde, com o objetivo de diminuir a exposição aos dois factores de risco estudados (fungos e partículas).

Functional and molecular characterization of SR45, a plant-specific factor involved in sugar and stress signaling in Arabidopsis thaliana

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Molecular Biology

Biological colonization on majolica glazed tiles: biodeterioration, bioreceptivity and mitigation strategies

The impact of microbial activity on the deterioration of cultural heritage is a well-recognized global problem. Glazed wall tiles constitute an important part of the worldwide cultural heritage. When exposed outdoors, biological colonization and consequently biodeterioration may occur. Few studies have dealt with this issue, as shown in the literature review on biodiversity, biodeterioration and bioreceptivity of architectural ceramic materials. Due to the lack of knowledge on the biodeteriogens affecting these assets, the characterization of microbial communities growing on Portuguese majolica glazed tiles, from Pena National Palace (Sintra, Portugal) and another from Casa da Pesca (Oeiras, Portugal) was carried out by culture and molecular biology techniques. Microbial communities were composed of microalgae, cyanobacteria, bacteria and fungi, including a new fungal species (Devriesia imbrexigena) described for the first time. Laboratory-based colonization experiments were performed to assess the biodeterioration patterns and bioreceptivity of glazed wall tiles produced in laboratory. Microorganisms previously identified on glazed tiles were inoculated on pristine and artificially aged tile models and incubated under laboratory conditions for 12 months. Phototrophic microorganisms were able to grow into glaze fissures and the tested fungus was able to form oxalates over the glaze. The bioreceptivity of artificially aged tiles was higher for phototrophic microorganisms than pristine tile models. A preliminary approach on mitigation strategies based on in situ application of commercial biocides and titanium dioxide (TiO2) nanoparticles on glazed tiles demonstrated that commercial biocides did not provide long term protection. In contrast, TiO2 treatment caused biofilm detachment. In addition, the use of TiO2 thin films on glazed wall tiles as a protective coating to prevent biological colonization was analysed under laboratorial conditions. Finally, conservation notes on tiles exposed to biological colonization were presented.

Filamentous fungi in free water and biofilms from Brazilian drinking water systems

In some regions of Brazil, especially where the water is scarce, drinking water is stored in water storage tanks. This practice gives the consumer the guarantee of available water. The water storage conditions such as the exposure to hot weather when the tanks are on rooftops allow the development of microorganisms and microbial biofilms which can deteriorate the water quality and increase the risk to human health [1,2]. This study describes the filamentous fungi (FF) detected in free water and biofilms in drinking water storage tanks in Recife - Pernambuco, Brazil. Five sampling times in triplicate were performed at two distinct points. Colony-forming units (CFU) of FF fungi were determined with 0.45 µm filtration membranes using peptone glucose rose Bengal agar (PGRBA). From the 30 samples analysed a total of 1136 CFU were obtained. The water biofilms were collected from samplers consisting of polyethylene coupons, previously installed in the reservoirs. These coupons were transferred to PGRBA plates and incubated using with the same conditions described for free FF. For the in situ detection of FF in biofilms the Calcofluor White staining technique was used. This procedure demonstrated FF forming biofilms on the surfaces of the coupons. Brazilian legislation does not define limits for FF in drinking water. However considering the potential risk of fungal contamination, the data obtained in this study will contribute to developing future quantitative and qualitative parameters for the presence of fungi in drinking water distribution systems in Brazil. [1] HageskaL, G, Lima, N, Skaar, I. The study of fungi in drinking water. Mycological Research, 113, 2009, 165-172. [2] Skaar I, Hageskal G. Fungi in Drinking Water. In.: Paterson RRM, Lima N. (Eds.) Molecular Biology of Food and Water Borne Mycotoxigenic and Mycotic Fungi. CRC Press, Taylor & Francis Group, Boca Raton, 2015, 597-606.

Molecular regulation of flowering induction in Quercus suber

Dissertação de mestrado em Plant Molecular Biology, Biotechnology and Bioentrepeneurship

Polyphasic approach including MALDI-TOF MS/MS analysis for identification and characterisation of Fusarium verticillioides in Brazilian corn kernels

Fusarium verticillioides is considered one of the most important global sources of fumonisin contamination in food and feed. Corn is one of the main commodities produced in the Northeastern Region of Brazil. The present study investigated potential mycotoxigenic fungal strains belonging to the F. verticillioides species isolated from corn kernels in 3 different Regions of the Brazilian State of Pernambuco. A polyphasic approach including classical taxonomy, molecular biology, MALDI-TOF MS and MALDI-TOF MS/MS for the identification and characterisation of the F. verticillioides strains was used. Sixty F. verticillioides strains were isolated and successfully identified by classical morphology, proteomic profiles of MALDI-TOF MS, and by molecular biology using the species-specific primers VERT-1 and VERT-2. FUM1 gene was further detected for all the 60 F. verticillioides by using the primers VERTF-1 and VERTF-2 and through the amplification profiles of the ISSR regions using the primers (GTG)5 and (GACA)4. Results obtained from molecular analysis shown a low genetic variability among these isolates from the different geographical regions. All of the 60 F. verticillioides isolates assessed by MALDI-TOF MS/MS presented ion peaks with the molecular mass of the fumonisin B1 (721.83 g/mol) and B2 (705.83 g/mol)