The life history of retrocopies illuminates the evolution of new mammalian genes.

New genes contribute substantially to adaptive evolutionary innovation, but the functional evolution of new mammalian genes has been little explored at a broad scale. Previous work established mRNA-derived gene duplicates, known as retrocopies, as models for the study of new gene origination. Here we combine mammalian transcriptomic and epigenomic data to unveil the processes underlying the evolution of stripped-down retrocopies into complex new genes. We show that although some robustly expressed retrocopies are transcribed from preexisting promoters, most evolved new promoters from scratch or recruited proto-promoters in their genomic vicinity. In particular, many retrocopy promoters emerged from ancestral enhancers (or bivalent regulatory elements) or are located in CpG islands not associated with other genes. We detected 88-280 selectively preserved retrocopies per mammalian species, illustrating that these mechanisms facilitated the birth of many functional retrogenes during mammalian evolution. The regulatory evolution of originally monoexonic retrocopies was frequently accompanied by exon gain, which facilitated co-option of distant promoters and allowed expression of alternative isoforms. While young retrogenes are often initially expressed in the testis, increased regulatory and structural complexities allowed retrogenes to functionally diversify and evolve somatic organ functions, sometimes as complex as those of their parents. Thus, some retrogenes evolved the capacity to temporarily substitute for their parents during the process of male meiotic X inactivation, while others rendered parental functions superfluous, allowing for parental gene loss. Overall, our reconstruction of the "life history" of mammalian retrogenes highlights retroposition as a general model for understanding new gene birth and functional evolution.

Study of linkage between miniature and singed genes in Drosophila melanogaster

We have developed a practical exercise for undergraduate students whose main aim is to identify, using genetic crosses, a pair of D. melanogaster mutations (miniature and singed). Each student receives a vial with the problem strain containing two unknown mutations. The first step is to observe and describe both mutations. Then, the students carry out genetic crosses between mutant and normal strains: (P) ♀ mutant strain × ♂ normal strain (P) ♀ normal strain × ♂ mutant strain A different offspring is expected in these crosses: in the first one we will obtain normal females and m sn males, whereas in the second all individuals will present normal phenotype. It is possible to deduce that both are sex linked mutations. With this information and to simplify the amount of work, only F1 individuals from the first cross will be used (m+sn+ / m sn × m sn / Y chrom.) to obtain the F2 generation. By counting the number of miniature (recombinant type), singed (recombinant type), miniature-singed (parental type) and normal (parental type) flies it is possible to estimate the recombination frequency between both genes. Knowing the phenotype, their chromosomal location (X chromosome) and the genetic distance between both mutations, it is possible to identify them by finding all this information in a Drosophila melanogaster genetic map. Additionally, a statistical analysis can be carried out to compare the number of expected F2 individuals with those observed in the experiment. As the distance between both genes is 15.1 m.u., then the expected percentages for each phenotype would be: normal (42.45%), miniature-signed (42.45%), miniature (7.55%) and singed (7.55%). Multiplying the frequency of each class by the total number of individuals obtained in the F2 it is possible to estimate the expected number of flies for each class. Finally, a χ2 test can be computed to ascertain whether there are significant differences between expected and observed number of individuals.

Decay of linkage disequilibrium within genes across HGDP-CEPH human samples: most population isolates do not show increased LD

Background It is well known that the pattern of linkage disequilibrium varies between human populations, with remarkable geographical stratification. Indirect association studies routinely exploit linkage disequilibrium around genes, particularly in isolated populations where it is assumed to be higher. Here, we explore both the amount and the decay of linkage disequilibrium with physical distance along 211 gene regions, most of them related to complex diseases, across 39 HGDP-CEPH population samples, focusing particularly on the populations defined as isolates. Within each gene region and population we use r2 between all possible single nucleotide polymorphism (SNP) pairs as a measure of linkage disequilibrium and focus on the proportion of SNP pairs with r2 greater than 0.8. Results Although the average r2 was found to be significantly different both between and within continental regions, a much higher proportion of r2 variance could be attributed to differences between continental regions (2.8% vs. 0.5%, respectively). Similarly, while the proportion of SNP pairs with r2 > 0.8 was significantly different across continents for all distance classes, it was generally much more homogenous within continents, except in the case of Africa and the Americas. The only isolated populations with consistently higher LD in all distance classes with respect to their continent are the Kalash (Central South Asia) and the Surui (America). Moreover, isolated populations showed only slightly higher proportions of SNP pairs with r2 > 0.8 per gene region than non-isolated populations in the same continent. Thus, the number of SNPs in isolated populations that need to be genotyped may be only slightly less than in non-isolates. Conclusion The 'isolated population' label by itself does not guarantee a greater genotyping efficiency in association studies, and properties other than increased linkage disequilibrium may make these populations interesting in genetic epidemiology.

Genes y cosméticos: la nueva cosmetogenómica.

Es posible que haya a quien le pueda parecer poco ortodoxo que se relacionen, en un mismo artículo, genes y cosméticos. El objetivo de este artículo es abordar, a través de algunos ejemplos concretos, la relación que se establece precisamente entre ambos, y proponer que el futuro de la cosmética pasa, al menos en parte, por el conocimiento de la relación que se establece entre ellos y por la utilización de esta relación.

Early adversity and 5-HTT-BDNF genes: New evidences of Gene-Environment interactions on depressive symptoms in a general population

Background Adverse childhood experiences have been described as one of the major environmental risk factors for depressive disorder. Similarly, the deleterious impact of early traumatic experiences on depression seems to be moderated by individual genetic variability. Serotonin transporter (5-HTT) and brain-derived neurotrophic factor (BDNF) modulate the effect of childhood adversity on adult depression, although inconsistencies across studies have been found. Moreover, the gene×environment (G×E) interaction concerning the different types of childhood adversity remains poorly understood. The aim of this study was to analyse the putative interaction between the 5-HTT gene (5-HTTLPR polymorphism), the BDNF gene (Val66Met polymorphism) and childhood adversity in accounting for adult depressive symptoms. Method A sample of 534 healthy individuals filled in self-report questionnaires of depressive symptomatology [the Symptom Check List 90 Revised (SCL-90-R)] and different types of childhood adversities [the Childhood Trauma Questionnaire (CTQ)]. The 5-HTTLPR polymorphism (5-HTT gene) and the Val66Met polymorphism (BDNF gene) were genotyped in the whole sample. Results Total childhood adversity (β=0.27, p<0.001), childhood sexual abuse (CSA; β=0.17, p<0.001), childhood emotional abuse (β=0.27, p<0.001) and childhood emotional neglect (β=0.22, p<0.001) had an impact on adult depressive symptoms. CSA had a greater impact on depressive symptoms in Met allele carriers of the BDNF gene than in the Val/Val group (F=5.87, p<0.0001), and in S carriers of the 5-HTTLPR polymorphism (5-HTT gene) (F=5.80, p<0.0001). Conclusions Childhood adversity per se predicted higher levels of adult depressive symptoms. In addition, BDNF Val66Met and 5-HTTLPR polymorphisms seemed to moderate the effect of CSA on adult depressive symptoms.

Dissertatio academica in Genes. XVI: 13

Dedicatio: Maria Christina Hollberg s. Walin [ruots. pr.], Abrahamus Renström.

De arena non numeranda occasione dicti, Genes. XXXII: 12

Invocatio: Jehovah auxiliante.

Mapeamento de genes de resistência quantitativa a Puccinia polysora em milho

Este trabalho objetivou identificar marcadores microssatélites ligados a genes de resistência a Puccinia polysora e verificar o efeito fenotípico destes nas variáveis monocíclicas número e comprimento de lesão. Foram utilizadas duas linhagens (Z-95 e Z-93) contrastantes em níveis de resistência à doença, o híbrido (Z-95 x Z-93) e uma população F2 obtida da autofecundação deste. Esses indivíduos foram fenotipados para resistência à doença em dois ensaios a campo e genotipados para 142 marcadores microssatélites. Para agilizar a genotipagem, o método de análise de segregantes agrupados (ASA) foi utilizado. Marcadores potencialmente ligados a genes de resistência identificados por este método foram utilizados para genotipar 165 indivíduos segregantes e confirmar a existência de ligação. Dois marcadores, Phi 65 e Phi 28, ambos no cromossomo 9, mostraram-se significativamente associados (p<0,000001 e p<0,000078, respectivamente) a um QRL (locos de resistência quantitaviva) a P. polysora. A associação entre QRL e marcadores explicou, respectivamente, 12,9% e 5,10% da variação fenotípica para resistência. Em um terceiro ensaio em casa de vegetação, 94 plantas foram inoculadas com suspensão de uredósporos e avaliadas 15 dias após a inoculação quanto ao número de lesões e o comprimento de dez lesões. Estas plantas foram genotipadas com os marcadores Phi 65 e Phi 28. Somente Phi 65 mostrou-se significativamente associado (P< 0,000032) à redução no número de lesões. Nenhum marcador mostrou associação significativa com a variável comprimento de lesão. Por estarem ligados ao mesmo marcador, sugere-se que o QRL identificado nos ensaios a campo seja o mesmo identificado em casa de vegetação.

Postulação de genes (Lr) de resistência à ferrugem da folha em cultivares brasileiras de trigo

Vinte e dois isolados que diferem quanto aos genes de avirulência/virulência de Puccinia triticina foram inoculados em 55 genótipos de trigo (Triticum aestivum) selecionados entre os recomendados e em experimentação na região sul e centro sul do Brasil nos anos de 1996 e/ou 1997 e em linhas monogênicas para genes (Lr) de resistência à ferrugem da folha, no estádio de plântula. Os tipos de infecção dos genótipos portadores, cada um de distinto gene Lr conhecido foram comparados com os dos genótipos brasileiros, para determinar a existência de possíveis genes de resistência nestes. Os genes de plântula identificados com mais freqüência nas cultivares e linhagens brasileiras foram: Lr26, Lr23, Lr10 e Lr24. O gene Lr16, que confere resistência moderada à maioria das raças, foi encontrado em apenas dois genótipos. Muitos dos trigos analisados possuem um ou mais genes Lr provavelmente ainda não descritos.

Efetividade de genes de resistência de trigo a oídio

Levantamentos periódicos da freqüência de virulência do patógeno causador de oídio (Blumeria graminis f. sp. tritici) em trigo (Triticum aestivum)auxiliam na escolha de fontes de resistência para uso em cruzamentos. Este trabalho relata resultados de cinco anos de verificação de efetividade de genes de resistência para populações patogênicas de B. graminis f. sp. tritici oriundas do Brasil e do Chile. Amostras de oídio foram recebidas pela Embrapa Trigo, Passo Fundo, RS, em 1995, 1996, 1997, 1999 e 2000. Inoculou-se cada isolado monopustular em plantas de trigo da série diferencial para raças. Foram identificadas 90 combinações diferentes de genes efetivos e inefetivos para resistência. Em 1995 e 1997, a maioria dos isolados foram virulentos com relação aos genes Pm3a, Pm3c, Pm8, Pm1+... e PmD1; em 1999, para Pm3a, Pm3c, Pm4b, Pm8, PmD1 e PmD2; e, em 2000, para Pm3a, Pm3c, Pm4b, Pm6, Pm8, PmD1 e PmD2. Em todos os anos analisados, permaneceram efetivos a todos os isolados os genes Pm2 e Pm4a+.... O número de genes inefetivos por isolado variou entre um e nove, no total de 13 genes ou combinações de genes testados. Isolados apresentando virulência a cinco genes ou combinações foram mais freqüentes em 1995 e em 1997, a seis em 1999 e a sete em 2000, o que pode significar aumento na complexidade da composição racial do patógeno a cada ano.

Mapeamento de genes de resistência do feijoeiro à ferrugem, antracnose e mancha-angular usando marcadores RAPD

A organização de diferentes genes de resistência da cultivar Ouro Negro de feijoeiro-comum (Phaseolus vulgaris) à ferrugem, antracnose e mancha-angular foi estudada com o auxílio de marcadores moleculares. Uma população de 154 linhas endogâmicas recombinantes (RIL's) obtidas do cruzamento entre as cultivares Ouro Negro e Rudá foram inoculadas com sete raças fisiológicas de Uromyces appendiculatus, três de Colletotrichum lindemuthianum, e quatro de Phaeoisariopsis griseola. Amostras de DNA de cada uma das RIL's foram amplificadas via PCR utilizando 70 diferentes primers. A análise da segregação da resistência à ferrugem, antracnose e mancha-angular na população de 154 RIL's revelou diferentes modos de herança para a resistência a cada uma das raças fisiológicas. A análise de ligação genética revelou que os diferentes genes de resistência à ferrugem e à antracnose estão no mesmo grupo de ligação. Os genes de resistência à mancha-angular também foram mapeados juntos, porém em outro grupo de ligação. Verificou-se neste trabalho que a utilidade dos marcadores RAPD, previamente identificados como ligados a genes de resistência do feijoeiro a doenças foi restrita. Apenas cinco dos 38 marcadores moleculares testados foram validados na população de RIL's como ligados aos genes de resistência à ferrugem e à antracnose. Três novos marcadores (OBA16(669) e OBA16(583) a 10,4 cM em acoplamento e OAD9(3210) a 13,9 cM em repulsão) ligados ao bloco gênico de resistência da cultivar Ouro Negro à mancha-angular foram identificados.

Variabilidade isoesterásica associada a genes de resistência à ferrugem da folha do trigo

A triticultura brasileira apresenta constantes perdas no rendimento, associadas à ocorrência da ferrugem da folha, causada pelo fungo Puccinia triticina. A incorporação da resistência genética e o conhecimento do número de genes envolvidos são importantes para os programas de melhoramento genético vegetal, que a cada ano têm introduzido resistência qualitativa nas cultivares, visando superar o aparecimento de novas raças do patógeno. As técnicas bioquímicas, baseadas na análise de polimorfismo de enzimas, possibilitam a rápida e precisa detecção de marcadores moleculares, para o estudo de aspectos básicos de genética vegetal, bem como representam valiosa ferramenta de apoio aos programas de melhoramento, pois permitem a identificação antecipada de genótipos resistentes e suscetíveis. Este trabalho visa avaliar, fitopatológica e molecularmente, a população haplodiplóide Trigo BR 35 (resistente)/IAC 13-Lorena (suscetível) de trigo (Triticum aestivum), quanto à resistência de planta adulta à ferrugem da folha, bem como à similaridade genética presente na progênie haplodiploidizada na geração F1. Nas avaliações fitopatológicas em planta adulta, das 96 linhas duplo-haplóide, 29 foram resistentes, 15 suscetíveis e 52 intermediárias apresentaram reação que variou entre nível de resistência inferior ao determinado para Trigo BR 35 a menos suscetível do que IAC 13-Lorena. A análise genética revelou dois genes parcialmente dominantes. Na análise bioquímica, através do sistema isoenzimático das esterases, foram detectadas, seis bandas, todas anódicas e com especificidade alfa-esterásica, cujas MRs (migração relativa) variaram de 0,09 a 0,69. Quanto à variabilidade genética, foi detectada, para as 96 linhas, elevada similaridade genética, a qual confirmou as análises isoesterásicas.

Genes diferentes podem conferir resistência ao Cowpea severe mosaic virus em caupi

O caupi (Vigna unguiculata) é uma importante leguminosa cultivada principlamente por pequenos agricultores da região Nordeste. Doenças ocasionadas por vírus podem constituir o principal fator limitante da produção do caupi, destacando-se, nesse aspecto, o mosaico severo, causado pelo Cowpea severe mosaic virus (CpSMV), família Comoviridae, gênero Comovirus. A resistência tem sido considerada como a melhor alternativa no controle dessa virose e diversas fontes promissoras têm sido relatadas, como as cultivares Macaibo e CNC 0434, e a linhagem L254.008. As investigações sobre a base genética da resistência ao CpSMV nesses materiais têm conduzido a resultados semelhantes, sendo a resistência herdada como uma característica monogênica recessiva. No entanto, até então, nenhum trabalho havia investigado o alelismo dos genes de resistência dessas fontes. No presente trabalho foram realizados estudos visando esclarecer essa questão nas três fontes de resistência; 'Macaibo', 'CNC0434' e L254.008. Plantas dos referidos genótipos foram cruzadas de maneira direta e recíproca originando seis populações F1 e F2. Inoculações controladas dessas populações com o isolado CpSMV-Re1 permitiram concluir que o gene de resistência de 'Macaibo' é o mesmo de 'CNC-0434', distinto daquele encontrado na linhagem L254.008.

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.