Multilayered genetic and omics dissection of mitochondrial activity in a mouse reference population

The manner by which genotype and environment affect complex phenotypes is one of the fundamental questions in biology. In this study, we quantified the transcriptome--a subset of the metabolome--and, using targeted proteomics, quantified a subset of the liver proteome from 40 strains of the BXD mouse genetic reference population on two diverse diets. We discovered dozens of transcript, protein, and metabolite QTLs, several of which linked to metabolic phenotypes. Most prominently, Dhtkd1 was identified as a primary regulator of 2-aminoadipate, explaining variance in fasted glucose and diabetes status in both mice and humans. These integrated molecular profiles also allowed further characterization of complex pathways, particularly the mitochondrial unfolded protein response (UPR(mt)). UPR(mt) shows strikingly variant responses at the transcript and protein level that are remarkably conserved among C. elegans, mice, and humans. Overall, these examples demonstrate the value of an integrated multilayered omics approach to characterize complex metabolic phenotypes.

Eficiência de índices fenotípicos de comprimento de raiz seminal na avaliação de plantas individuais de milho quanto à tolerância ao alumínio

O objetivo deste trabalho foi testar a eficiência do comprimento relativo de raiz seminal (CRRS) e do comprimento líquido de raiz seminal (CLRS) como indicadores fenotípicos quanto à tolerância ao alumínio na avaliação de plantas individuais de milho. Plântulas de genótipos tolerantes e suscetíveis ao Al foram submetidas a solução nutritiva contendo nível tóxico deste elemento, por um período de sete dias, após o qual, determinaram-se os valores de CRRS e CLRS. Os resultados obtidos quando se utilizaram valores médios para CRRS e CLRS mostraram que ambos os índices foram capazes de discriminar com eficiência os materiais tolerantes dos suscetíveis. Entretanto, quando foram utilizados os valores de CRRS e CLRS obtidos a partir de plantas individuais, observou-se a existência de plantas tolerantes com valores típicos de plantas suscetíveis, o que indica que a avaliação fenotípica de plantas individuais pelos dois índices está sujeita a erros significativos, principalmente na caracterização de plantas suscetíveis. Portanto, em estudos para mapeamento de "quantitative trait loci" (QTLs) ligados à tolerância ao Al, nos quais utilizam-se estes índices fenotípicos, o mais apropriado é avaliar famílias F3, onde é possível obter valores médios para CRRS e CLRS e utilizar estas médias para representar os valores fenotípicos das respectivas plantas F2.

Implication of chromosome 13 on hypertension and associated disorders in Lyon hypertensive rats.

BACKGROUND: Hypertension and associated disorders are major risk factors for cardiovascular disease. The Lyon hypertensive rat (LH) is a genetically hypertensive strain that exhibits spontaneous and salt-sensitive hypertension, exaggerated proteinuria, high body weight, hyperlipidemia, and elevated insulin-to-glucose ratio. Previous genetic mapping identified quantitative trait loci (QTLs) influencing blood pressure (BP) on rat chromosome 13 (RNO13) in several models of hypertension. METHODS: To study the effects of a single chromosome on the mapped traits, we generated consomic strains by substituting LH RNO13 with that of the normotensive Brown Norway (BN) strain (LH-13BN) and reciprocal consomics by substituting a BN RNO13 with that of LH (BN-13LH). These reciprocal consomic strains, as well as the two parental strains were characterized for BP, metabolic and morphological parameters. RESULTS: Compared with LH parents, LH-13BN rats showed decreased mean BP (up to -24 mmHg on 2% NaCl in the drinking water), urine proteins and lipids, and increased body weight. Differences between BN-13LH and BN rats were much smaller than those observed between LH-13BN and LH rats, demonstrating the effects of the highly resistant BN genome background. Plasma renin activity was not affected by the substitution of RNO13, despite the significant BP differences. CONCLUSION: The present work demonstrates that RNO13 is a determinant of BP, proteinuria, and plasma lipids in the LH rat. The distinct phenotypic differences between the consomic LH-13BN and the LH make it a powerful model to determine genes and pathways leading to these risk factors for cardiovascular and renal disease.

Validação de marcadores moleculares para resistência à giberela em genótipos brasileiros de trigo

O objetivo deste trabalho foi validar 19 marcadores microssatélites para resistência do trigo à giberela, em uma população não estruturada. Foram utilizados marcadores moleculares descritos na literatura como flanqueando QTLs de resistência à giberela em trigo, nos cromossomos 3B, 5A e 6B. Foram avaliadas 96 linhagens e cultivares de trigo quanto à severidade da infecção por giberela, em dois anos de avaliação. As linhagens e as cultivares foram genotipadas com 19 marcadores microssatélites. Os dados obtidos foram analisados pelo teste de Tukey e pelas análises de correlação, regressão linear simples e regressão múltipla; também foi estimada a eficiência de seleção dos marcadores moleculares. A severidade da doença variou de 1,95 a 41,3%, na média dos dois anos. Foram validados os QTLs nos três cromossomos avaliados. Os marcadores Xgwm389, Xgwm533, Xbarc180, Xbarc24, Wmc397, Xbarc101 e Wmc398 foram associados significativamente à resistência do trigo à giberela, tendo sido identificados alelos de resistência e de suscetibilidade. Os marcadores Wmc397, Xbarc101 (cromossomo 6B) e Xbarc180 (cromossomo 5A) têm potencial para uso na seleção assistida por marcadores moleculares, para resistência do trigo à giberela.

Breeding, genetic and genomic of citrus for disease resistance

Although the citriculture is one of the most important economic activities in Brazil, it is based on a small number of varieties. This fact has contributed for the vulnerability of the culture regarding the phytosanitary problems. A higher number of varieties/genotypes with potential for commercial growing, either for the industry or fresh market, has been one of the main objectives of citrus breeding programs. The genetic breeding of citrus has improved, in the last decades, due to the possibility of an association between biotechnological tools and classical methods of breeding. The use of molecular markers for early selection of zygotic seedlings from controlled crosses resulted in the possibility of selection of a high number of new combination and, as a consequence, the establishment of a great number of hybrids in field experiments. The faster new tools are incorporated in the program, the faster is possibility to reach new genotypes that can be tested as a new variety. Good traits should be kept or incorporate, whereas bad traits have to be excluded or minimized in the new genotype. Scion and rootstock can not be considered separately, and graft compatibility, fruit quality and productivity are essential traits to be evaluated in the last stages of the program. The mapping of QTLs has favored breeding programs of several perennial species and in citrus it was possible to map several characteristics with qualitative and quantitative inheritance. The existence of linkage maps and QTLs already mapped, the development of EST and BAC library and the sequencing of the Citrus complete genome altogether make very demanding and urgent the exploration of such data to launch a wider genetic study of citrus. The rising of information on genome of several organisms has opened new approaches looking for integration between breeding, genetic and genome. Genome assisted selection (GAS) involves more than gene or complete genome sequencing and is becoming an import support in breeding programs of annual and perennial species. An huge information amount can be derivate from genome analysis. The use and benefit of such informations will depend on the genetic basis of the breeding program.

Seleção assistida por marcadores moleculares visando ao desenvolvimento de plantas resistentes a doenças, com ênfase em feijoeiro e soja

A transferência de alelos de resistência a doenças em plantas pode ser facilitada pelo uso de marcadores moleculares do DNA. Se proximamente ligados a alelos de resistência, eles podem ser usados na seleção assistida por marcadores (S.A.M.). Uma aplicação concreta dos marcadores na S.A.M. é durante o processo de piramidação de alelos de resistência. Por meio da S.A.M., em três gerações de retrocruzamento, o Programa de Melhoramento do Feijoeiro do BIOAGRO, Universidade Federal de Viçosa (Minas Gerais, Brasil), obteve linhagens de feijoeiro (Phaseolus vulgaris) com características fenotípicas similares às da cultivar Rudá (recorrente), contendo alelos de resistência à antracnose, ferrugem e mancha-angular. No momento, sementes das linhagens RC3F4, homozigotas para os locos de resistência estão sendo multiplicadas para serem submetidas a inoculações com os patógenos de interesse e a testes agronômicos. O Programa de Melhoramento da Qualidade da Soja do BIOAGRO vem usando marcadores moleculares para identificar "quantitative trait loci" (QTLs) associados à resistência ao nematóide de cisto da soja (NCS). Foram identificados dois marcadores microssatélites (Satt038 e Satt163) flanquendo o alelo de resistência rhg1 e também marcadores ligados a um QTL que confere resistência à raça 14 do NCS. Esse QTL explica mais de 40% da resistência da soja (Glycine max) cultivar Hartwig, uma das principais fontes de resistência ao NCS. A S.A.M. é uma realidade em diversos programas de melhoramento no mundo inteiro que visam ao desenvolvimento de cultivares resistentes a doenças. O seu uso efetivo no melhoramento depende de uma maior sintonia entre o melhorista e o biólogo molecular de plantas.

Caracterização de uma população de cacaueiro para mapeamento de genes de resistência à vassoura-de-bruxa e podridão-parda

O cacaueiro (Theobroma cacao) é alvo de diversas enfermidades, sendo que a podridão-parda, causada por Phytophthora spp. é a principal delas mundialmente. Entretanto, no Brasil, a vassoura-de-bruxa causada por Crinipellis perniciosa, é a mais devastadora. A busca de fontes de resistência às doenças é a etapa básica para programas de melhoramento genético e, nesse sentido, este estudo objetivou caracterizar quantitativamente uma progênie oriunda do cruzamento entre os clones SIC-864 e CCN-51, dois genótipos contrastantes para diversas características, inclusive para resistência à vassoura-de-bruxa e podridão-parda. Foram avaliados em condições de campo o número médio de frutos por planta por ano, porcentagem de frutos sadios, porcentagem de frutos com vassoura-de-bruxa, porcentagem de frutos com podridão-parda, número médio de vassouras vegetativas por planta por ano e número médio de vassouras de almofada floral por planta por ano, durante um período de quatro anos. As estatísticas descritivas da produtividade e da resistência a doenças foram calculadas considerando os valores máximo, médio e mínimo, o desvio padrão, o coeficiente de variação, e a distribuição da freqüência. O coeficiente de repetibilidade foi calculado para estimar a acurácia da variação fenotípica por efeitos ambientais pelos métodos da análise de variância, componentes principais e análise estrutural. Foi demonstrado o caráter segregante dessa progênie para resistência à vassoura-de-bruxa e à podridão-parda e para outras características, mostrando a utilidade da população para estudos de mapeamento genético utilizando marcadores moleculares, visando identificar genes de resistência e "quantitative trait loci" (QTLs) dissimilares dos encontrados no clone Scavina-6, tradicionalmente usado em programas de melhoramento genético do cacaueiro.

A search for RFLP markers to identify genes for aluminum tolerance in maize

The objective of this study was to identify restriction fragment length polymorphism (RFLP) markers linked to QTLs that control aluminum (Al) tolerance in maize. The strategy used was bulked segregant analysis (BSA) and the genetic material utilized was an F2 population derived from a cross between the Al-susceptible inbred line L53 and Al-tolerant inbred line L1327. Both lines were developed at the National Maize and Sorghum Research Center - CNPMS/EMBRAPA. The F2 population of 1554 individuals was evaluated in a nutrient solution containing a toxic concentration of Al and relative seminal root length (RSRL) was used as a phenotypic measure of tolerance. The RSRL frequency distribution was continuous, but skewed towards Al-susceptible individuals. Seedlings of the F2 population which scored the highest and the lowest RSRL values were transplanted to the field and subsequently selfed to obtain F3 families. Thirty F3 families (15 Al-susceptible and 15 Al-tolerant) were evaluated in nutrient solution, using an incomplete block design, to identify those with the smallest variances for aluminum tolerance and susceptibility. Six Al-susceptible and five Al-tolerant F3 families were chosen to construct one pool of Al-susceptible individuals, and another of Al-tolerant, herein referred as "bulks", based on average values of RSRL and genetic variance. One hundred and thirteen probes were selected, with an average interval of 30 cM, covering the 10 maize chromosomes. These were tested for their ability to discriminate the parental lines. Fifty-four of these probes were polymorphic, with 46 showing codominance. These probes were hybridized with DNA from the two contrasting bulks. Three RFLPs on chromosome 8 distinguished the bulks on the basis of band intensity. DNA of individuals from the bulks was hybridized with these probes and showed the presence of heterozygous individuals in each bulk. These results suggest that in maize there is a region related to aluminum tolerance on chromosome 8

Études de réseaux d’expression génique : utilité pour l’élucidation des déterminants génétiques des traits complexes

Les traits quantitatifs complexes sont des caractéristiques mesurables d’organismes vivants qui résultent de l’interaction entre plusieurs gènes et facteurs environnementaux. Les locus génétiques liés à un caractère complexe sont appelés «locus de traits quantitatifs » (QTL). Récemment, en considérant les niveaux d’expression tissulaire de milliers de gènes comme des traits quantitatifs, il est devenu possible de détecter des «QTLs d’expression» (eQTL). Alors que ces derniers ont été considérés comme des phénotypes intermédiaires permettant de mieux comprendre l’architecture biologique des traits complexes, la majorité des études visent encore à identifier une mutation causale dans un seul gène. Cette approche ne peut remporter du succès que dans les situations où le gène incriminé a un effet majeur sur le trait complexe, et ne permet donc pas d’élucider les situations où les traits complexes résultent d’interactions entre divers gènes. Cette thèse propose une approche plus globale pour : 1) tenir compte des multiples interactions possibles entre gènes pour la détection de eQTLs et 2) considérer comment des polymorphismes affectant l’expression de plusieurs gènes au sein de groupes de co-expression pourraient contribuer à des caractères quantitatifs complexes. Nos contributions sont les suivantes : Nous avons développé un outil informatique utilisant des méthodes d’analyse multivariées pour détecter des eQTLs et avons montré que cet outil augmente la sensibilité de détection d’une classe particulière de eQTLs. Sur la base d’analyses de données d’expression de gènes dans des tissus de souris recombinantes consanguines, nous avons montré que certains polymorphismes peuvent affecter l’expression de plusieurs gènes au sein de domaines géniques de co-expression. En combinant des études de détection de eQTLs avec des techniques d’analyse de réseaux de co-expression de gènes dans des souches de souris recombinantes consanguines, nous avons montré qu’un locus génétique pouvait être lié à la fois à l’expression de plusieurs gènes au niveau d’un domaine génique de co-expression et à un trait complexe particulier (c.-à-d. la masse du ventricule cardiaque gauche). Au total, nos études nous ont permis de détecter plusieurs mécanismes par lesquels des polymorphismes génétiques peuvent être liés à l’expression de plusieurs gènes, ces derniers pouvant eux-mêmes être liés à des traits quantitatifs complexes.

Étude pangénomique de la variabilité dans le nombre de copies liée à l’hypertension artérielle et ses anomalies métaboliques associées

L’hypertension artérielle essentielle (HTA) est une pathologie complexe, multifactorielle et à forte composante génétique. L’impact de la variabilité dans le nombre de copies sur l’HTA est encore peu connu. Nous envisagions que des variants dans le nombre de copies (CNVs) communs pourraient augmenter ou diminuer le risque pour l’HTA. Nous avons exploré cette hypothèse en réalisant des associations pangénomiques de CNVs avec l’HTA et avec l’HTA et le diabète de type 2 (DT2), chez 21 familles du Saguenay-Lac-St-Jean (SLSJ) caractérisées par un développement précoce de l’HTA et de la dyslipidémie. Pour la réplication, nous disposions, d’une part, de 3349 sujets diabétiques de la cohorte ADVANCE sélectionnés pour des complications vasculaires. D’autre part, de 187 sujets de la cohorte Tchèque Post-MONICA (CTPM), choisis selon la présence/absence d’albuminurie et/ou de syndrome métabolique. Finalement, 134 sujets de la cohorte CARTaGENE ont été analysés pour la validation fonctionnelle. Nous avons détecté deux nouveaux loci, régions de CNVs (CNVRs) à effets quantitatifs sur 17q21.31, associés à l’hypertension et au DT2 chez les sujets SLSJ et associés à l’hypertension chez les diabétiques ADVANCE. Un modèle statistique incluant les deux variants a permis de souligner le rôle essentiel du locus CNVR1 sur l’insulino-résistance, la précocité et la durée du diabète, ainsi que sur le risque cardiovasculaire. CNVR1 régule l’expression du pseudogène LOC644172 dont le dosage est associé à la prévalence de l’HTA, du DT2 et plus particulièrement au risque cardiovasculaire et à l’âge vasculaire (P<2×10-16). Nos résultats suggèrent que les porteurs de la duplication au locus CNVR1 développent précocement une anomalie de la fonction bêta pancréatique et de l’insulino-résistance, dues à un dosage élevé de LOC644172 qui perturberait, en retour, la régulation du gène paralogue fonctionnel, MAPK8IP1. Nous avons également avons identifié six CNVRs hautement hérités et associés à l'HTA chez les sujets SLSJ. Le score des effets combinés de ces CNVRs est apparu positivement et étroitement relié à la prévalence de l’HTA (P=2×10-10) et à l’âge de diagnostic de l’HTA. Dans la population SLSJ, le score des effets combinés présente une statistique C, pour l’HTA, de 0.71 et apparaît aussi performant que le score de risque Framingham pour la prédiction de l’HTA chez les moins de 25 ans. Un seul nouveau locus de CNVR sur 19q13.12, où la délétion est associée à un risque pour l’HTA, a été confirmé chez les Caucasiens CTPM. Ce CNVR englobe le gène FFAR3. Chez la souris, il a été démontré que l’action hypotensive du propionate est en partie médiée par Ffar3, à travers une interférence entre la flore intestinale et les systèmes cardiovasculaire et rénal. Les CNVRs identifiées dans cette étude, affectent des gènes ou sont localisées dans des QTLs reliés majoritairement aux réponses inflammatoires et immunitaires, au système rénal ainsi qu’aux lésions/réparations rénales ou à la spéciation. Cette étude suggère que l’étiologie de l’HTA ou de l’HTA associée au DT2 est affectée par des effets additifs ou interactifs de CNVRs.

Modularisation épistatique des loci à trait quantitatif associés à la pression artérielle et identification de gènes candidats pour l’hypertension

Problématique: L’hypertension artérielle essentielle, facteur de risque majeur dans le développement des maladies cardiovasculaires, est un trait multigénique complexe dont les connaissances sur le déterminisme génétique nécessitent d’être approfondies. De nombreux loci à trait quantitatif (QTLs); soit des gènes responsables de faire varier la pression artérielle (PA), ont été identifiés chez l’humain et le modèle animal. Cependant, le mystère plane encore sur la façon dont ces gènes fonctionnent ensemble pour réguler la PA. Hypothèse et objectif: Plutôt qu’une addition de QTLs ayant chacun une action infinitésimale sur la PA, une interaction épistatique entre les gènes serait responsable du phénotype hypertendu. Ainsi, l’étude de cette épistasie entre les gènes impliqués, directement ou indirectement, dans l’homéostasie de la PA nous permettrait d’explorer de nouvelles voies de régulation moléculaire en cause dans cette maladie. Méthodes: Via la réalisation de souches congéniques de rats, où un segment chromosomique provenant d’une souche receveuse hypertendue (Dahl Salt Sensitive, SS/Jr) est remplacé par son homologue provenant d’une souche donneuse normotendue (Lewis, LEW), des QTLs peuvent être mis en évidence. Dans ce contexte, la combinaison de QTLs via la création de doubles ou multiples congéniques constitue la première démonstration fonctionnelle des interactions intergéniques. Résultats: Vingt-sept combinaisons au total nous ont menés à l’appréciation d’une modularisation des QTLs. Ces derniers ont été catégorisés selon deux principaux modules épistatiques (EMs) où les QTLs appartenant à un même EM sont épistatiques entre eux et participent à une même voie régulatrice. Les EMs/cascades agissent alors en parallèle pour réguler la PA. Grâce à l’existence de QTLs ayant des effets opposés sur la PA, nous avons pu établir l’ordre hiérarchique entre trois paires de QTLs. Cependant, lorsque cette suite régulatrice ne peut être déterminée, d’autres approches sont nécessaires. Nos travaux nous ont mené à l’identification d’un QTL situé sur le chromosome 16 du rat (C16QTL), appartenant au EM1 et qui révélerait une nouvelle voie de l’homéostasie de la PA. Le gène retinoblastoma-associated protein 140 (Rap140)/family with sequence similarity 208 member A (Fam208a), présentant une mutation non synonyme entre SS/Jr et LEW est le gène candidat le plus plausible pour représenter C16QTL. Celui-ci code pour un facteur de transcription et semblerait influencer l’expression de Solute carrier family 7 (cationic amino acid transporter, y+ system) member 12 (Slc7a12), spécifiquement et significativement sous exprimé dans les reins de la souche congénique portant C16QTL par rapport à la souche SS/Jr. Rap140/Fam208a agirait comme un inhibiteur de la transcription de Slc7a12 menant à une diminution de la pression chez Lewis. Conclusions: L’architecture complexe de la régulation de la PA se dévoile mettant en scène de nouveaux acteurs, pour la plupart inconnus pour leur implication dans la PA. L’étude de la nouvelle voie de signalisation Rap140/Fam208a - Slc7a12 nous permettra d’approfondir nos connaissances quant à l’homéostasie de la pression artérielle et de l’hypertension chez SS/Jr. À long terme, de nouveaux traitements anti-hypertenseurs, ciblant plus d’une voie de régulation à la fois, pourraient voir le jour.

The Minimum core for language and literacy : knowledge, understanding and personal skills.

Guía práctica sobre lenguaje y alfabetización para profesores en formación (nivel bachillerato). Les permite identificar y desarrollar sus propias habilidades lingüísticas y de alfabetización y al mismo tiempo apoyar la evolución de los alumnos. Contiene todas las áreas claves de conocimiento, compresión y habilidades personales, además de analizar en un contexto amplio cómo el lenguaje y la alfabetización se adquieren y se desarrollan a nivel personal, social y cultural. El contenido está adaptado para la obtención de los certificados QTLS (Qualified Teacher, Learning and Skills) y ATLS (Associate Teacher, Learning and Skills).

The Minimum core for information and communication technology : knowledge, understanding and personal skills.

Guía práctica sobre tecnologías de la información y la comunicación para profesores en formación (nivel bachillerato). Les permite identificar y desarrollar sus propias habilidades tecnológicas aplicadas a la enseñanza y al mismo tiempo apoyar la evolución de los alumnos. Contiene todas las áreas claves de conocimiento, compresión y habilidades personales, además de analizar en un contexto amplio cómo las habilidades tecnológicas en información y comunicación se adquieren y se desarrollan a nivel personal, social y cultural. El contenido está adaptado para la obtención de los certificados QTLS (Qualified Teacher, Learning and Skills) y ATLS (Associate Teacher, Learning and Skills).

Germin and germin-like proteins: evolution, structure, and function

Germin and germin-like proteins (GLPs) are encoded by a family of genes found in all plants. They are part of the cupin superfamily of biochemically diverse proteins, a superfamily that has a conserved tertiary structure, though with limited similarity in primary sequence. The subgroups of GLPs have different enzyme functions that include the two hydrogen peroxide-generating enzymes, oxalate oxidase (OxO) and superoxide dismutase. This review summarizes the sequence and structural details of GLPs and also discusses their evolutionary progression, particularly their amplification in gene number during the evolution of the land plants. In terms of function, the GLPs are known to be differentially expressed during specific periods of plant growth and development, a pattern of evolutionary subfunctionalization. They are also implicated in the response of plants to biotic (viruses, bacteria, mycorrhizae, fungi, insects, nematodes, and parasitic plants) and abiotic (salt, heat/cold, drought, nutrient, and metal) stress. Most detailed data come from studies of fungal pathogenesis in cereals. This involvement with the protection of plants from environmental stress of various types has led to numerous plant breeding studies that have found links between GLPs and QTLs for disease and stress resistance. In addition the OxO enzyme has considerable commercial significance, based principally on its use in the medical diagnosis of oxalate concentration in plasma and urine. Finally, this review provides information on the nutritional importance of these proteins in the human diet, as several members are known to be allergenic, a feature related to their thermal stability and evolutionary connection to the seed storage proteins, also members of the cupin superfamily.