Biodiversity and molecular evolution of malacostraca

No actual cenário de perda acelerada de biodiversidade, o nosso conhecimento dos ecossistemas marinhos, apesar da sua extensão e complexidade, continua muito inferior ao dos ecossistemas terrestres. A classe Malacostraca (Arthropoda, Crustacea), um grupo dos mais representativos nos ecossistemas marinhos, apresenta um elevado nível de diversidade morfológica e ecológica, mas difícil sua identificação ao nível de espécie requer frequentemente a ajuda de especialistas em taxonomia. A utilização recente do “barcoding” (código de barras do ADN), revelou ser um método rápido e eficaz para a identificação de espécies em diversos grupos de metazoários, incluindo os Malacostraca. No âmbito desta tese foi construída uma base de dados de código de barras de ADN envolvendo 132 espécies de Malacostraca vários locais de amostragem no Atlântico Nordeste e Mediterrâneo. As sequências de ADN mitocondrial provenientes de 601 espécimes formaram, em 95% dos casos, grupos congruentes com as identificações baseadas em características morfológicas. No entanto, foi detectado polimorfismo em seis casos e a divergência intra-específica foi elevada em exemplares pertencentes a duas espécies morfológicas, sugerindo, neste caso, a ocorrência de especiação críptica. Este estudo confirma a utilidade do código de barras de ADN para a identificação de Malacostraca marinhos. Apesar do sucesso obtido, este método apresenta alguns problemas, como por exemplo a possível amplificação de pseudogenes. A ocorrência de pseudogenes e as possíveisabordagens para a detecção e resolução deste tipo de problemas são discutidas com base em casos de estudo: análises dos códigos de barras ADN na espécie Goneplax rhomboides (Crustacea, Decapoda). A análise dos códigos de barras ADN revelou ainda grupos prioritários de decápodes para estudos taxonómicos e sistemáticos, nomeadamente os decápodes dos géneros Plesionika e Pagurus. Neste âmbito são discutidas as relações filogenéticas entre espécies seleccionadas dos géneros Plesionika e Pagurus. Este trabalho aponta para várias questões no âmbito da biodiversidade e evolução molecular da classe Malacostraca que carecem de um maior esclarecimento, podendo ser considerado como a base para estudo futuros. Análises filogenéticas adicionais integrando dados morfológicos e moleculares de um maior número de espécies e de famílias deverão certamente conduzir a uma melhor avaliação da biodiversidade e da evolução dentro da classe.

Molecular regulation of cork development: the QsMYB1 gene

Cork is a natural and renewable material obtained as a sustainable product from cork oak (Quercus suber L.) during the tree’s life. Cork formation is a secondary growth derived process resulting from the activity of cork cambium. However, despite its economic importance, only very limited knowledge is available about the molecular mechanisms underlying the regulation of cork biosynthesis and differentiation. The work of this PhD thesis was focused on the characterization of an R2R3-MYB transcription factor, the QsMYB1, previously identified as being putatively involved in the regulatory network of cork development. The first chapter introduces cork oak and secondary growth, with special emphasis on cork biosynthesis. Some findings concerning transcriptional regulation of secondary growth are also described. The MYB superfamily and the R2R3-MYB family (in particular) of transcription factors are introduced. Chapter II presents the complete QsMYB1 gene structure with the identification of two alternative splicing variants. Moreover, the results of QsMYB1 expression analysis, done by real-time PCR, in several organs and tissues of cork oak are also reported. Chapter III is dedicate to study the influence of abiotic stresses (drought and high temperature) and recovery on QsMYB1 expression levels. The effects of exogenous application of phytohormones on the expression profile of QsMYB1 gene are evaluated on Chapter IV. Chapter V describes the reverse genetic approach to obtain transgenic lines of Populus tremula L. x tremulóides Michx. overexpressing the QsMYB1 gene. Finally, in Chapter VI the final conclusions of this PhD thesis are presented and some future research directions are pointed based on the obtained results.

Molecular genomics of a genetic code alteration

The genetic code is not universal. Alterations to its standard form have been discovered in both prokaryotes and eukaryotes and demolished the dogma of an immutable code. For instance, several Candida species translate the standard leucine CUG codon as serine. In the case of the human pathogen Candida albicans, a serine tRNA (tRNACAGSer) incorporates in vivo 97% of serine and 3% of leucine in proteins at CUG sites. Such ambiguity is flexible and the level of leucine incorporation increases significantly in response to environmental stress. To elucidate the function of such ambiguity and clarify whether the identity of the CUG codon could be reverted from serine back to leucine, we have developed a forced evolution strategy to increase leucine incorporation at CUGs and a fluorescent reporter system to monitor such incorporation in vivo. Leucine misincorporation increased from 3% up to nearly 100%, reverting CUG identity from serine back to leucine. Growth assays showed that increasing leucine incorporation produced impressive arrays of phenotypes of high adaptive potential. In particular, strains with high levels of leucine misincorporation exhibited novel phenotypes and high level of tolerance to antifungals. Whole genome re-sequencing revealed that increasing levels of leucine incorporation were associated with accumulation of single nucleotide polymorphisms (SNPs) and loss of heterozygozity (LOH) in the higher misincorporating strains. SNPs accumulated preferentially in genes involved in cell adhesion, filamentous growth and biofilm formation, indicating that C. albicans uses its natural CUG ambiguity to increase genetic diversity in pathogenesis and drug resistance related processes. The overall data provided evidence for unantecipated flexibility of the C. albicans genetic code and highlighted new roles of codon ambiguity on the evolution of genetic and phenotypic diversity.

Molecular bases of classic galactosemia : searching for new therapeutic strategies

Tese de doutoramento, Farmácia (Biologia Celular e Molecular), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2014

Lancefield group C and G streptococci in human infection : molecular typing, virulence and antimicrobial susceptibility

Tese de doutoramento, Ciências e Tecnologias da Saúde (Microbiologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2014

Molecular and biotechnological approaches to essential oils production in thymus caespititius

Tese de doutoramento, Biologia (Biotecnologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2014

Biologia do gene pheA de Mycobacterium tuberculosis : clonagem, seqüenciamento e superexpressão do seu produto - a proteína prefenato desidratase

A Tuberculose (TB) é a principal causa de óbitos entre as doenças infecciosas causadas por um único agente. De acordo com a Organização Mundial da Saúde (OMS) o agente etiológico da TB no homem, o complexo Mycobacterium (M. tuberculosis, M. africanum, M. bovis) é responsável por cerca de 8 milhões de novas infecções e 3 milhões de mortes a cada ano no mundo. No começo da década de 80, a reemergência da TB em países em desenvolvimento deve-se à crescente incidência do Vírus da Imunodeficiência Humana (HIV), à falta de recursos para o tratamento desta doença e à proliferação de cepas resistentes a múltiplas drogas (MDR-TB). Esta situação criou a necessidade da busca por novos agentes antimicobacterianos capazes de reduzir o tempo de tratamento, melhorar a adesão dos pacientes ao mesmo e ser efetiva contra cepas MDR-TB. A via do chiquimato leva à biossíntese do corismato, o precursor de aminoácidos aromáticos, tirosina, triptofano e fenilalanina. A primeira reação na biossíntese de fenilalanina envolve a conversão de corismato a prefenato, catalisada pela corismato mutase. A segunda reação na biossíntese de fenilalanina é a descarboxilação e desidratação de prefenato a fenilpiruvato, catalisada pela prefenato desidratase. Embora ausente em mamíferos, esta via está presente em bactérias, algas, fungos, plantas e parasitos do Phyllum Apicomplexa. Esta rota é essencial em M. tuberculosis e, portanto, suas enzimas representam alvos potenciais para o desenvolvimento de novas drogas antimicobacterianas. O objetivo deste trabalho foi estudar o gene pheA da linhagem de M. tuberculosis H37Rv e seu produto, a enzima prefenato desidratase Para isso, DNA genômico de M. tuberculosis H37RV foi extraído e o gene pheA foi amplificado pela técnica de PCR, clonado no vetor de expressão pET-23a(+), seqüenciado e superexpresso em células de Escherichia coli BL21(DE3). Os resultados obtidos confirmaram a região predita para o gene pheA, que foi amplificado com sucesso, mostrando 963 pb, sendo que a presença de 10% dimetil sulfoxido (DMSO) mostrou ser essencial para permitir a desnaturação do DNA rico em bases G-C. Análise da seqüência nucleotídica pelo método de Sanger confirmou a identidade do gene clonado e demonstrou que nenhuma mutação foi introduzida pelos passos de PCR e clonagem. A enzima prefenato desidratase foi superexpressa em células de E. coli BL21(DE3) eletroporadas com pET-23a(+)::pheA. Análise por SDS-PAGE mostrou expressão significativa de uma proteína com aproximadamente 33kDa, estando de acordo com a massa molecular esperada para a prefenato desidratase. A proteína recombinante foi superexpressa sem a adição de IPTG, e a presença da proteína pôde ser detectada em todos os intervalos de tempo testados (6, 9 e 24 horas depois da OD600nm alcançar o valor de 0,5). Foi realizado ensaio enzimático com a prefenato desidratase de acordo com Gething et al. (1976) utilizando prefenato de bário como substrato e coeficiente de extinção molar de 17.500 a 320 nm para calcular a concentração de fenilpiruvato. Houve um aumento de 1766 vezes na atividade específica da prefenato desidratase no extrato bruto da proteína recombinante em relação ao controle, no qual o vetor pET23a(+) sem o gene pheA foi introduzido em células de E. coli BL21(DE3).

Modelagem molecular na caracterização eletrônica de oligopeptídeos e na descrição quântica da interação fármaco-receptor

In this dissertation, the theoretical principles governing the molecular modeling were applied for electronic characterization of oligopeptide α3 and its variants (5Q, 7Q)-α3, as well as in the quantum description of the interaction of the aminoglycoside hygromycin B and the 30S subunit of bacterial ribosome. In the first study, the linear and neutral dipeptides which make up the mentioned oligopeptides were modeled and then optimized for a structure of lower potential energy and appropriate dihedral angles. In this case, three subsequent geometric optimization processes, based on classical Newtonian theory, the semi-empirical and density functional theory (DFT), explore the energy landscape of each dipeptide during the search of ideal minimum energy structures. Finally, great conformers were described about its electrostatic potential, ionization energy (amino acids), and frontier molecular orbitals and hopping term. From the hopping terms described in this study, it was possible in subsequent studies to characterize the charge transport propertie of these peptides models. It envisioned a new biosensor technology capable of diagnosing amyloid diseases, related to an accumulation of misshapen proteins, based on the conductivity displayed by proteins of the patient. In a second step of this dissertation, a study carried out by quantum molecular modeling of the interaction energy of an antibiotic ribosomal aminoglicosídico on your receiver. It is known that the hygromycin B (hygB) is an aminoglycoside antibiotic that affects ribosomal translocation by direct interaction with the small subunit of the bacterial ribosome (30S), specifically with nucleotides in helix 44 of the 16S ribosomal RNA (16S rRNA). Due to strong electrostatic character of this connection, it was proposed an energetic investigation of the binding mechanism of this complex using different values of dielectric constants (ε = 0, 4, 10, 20 and 40), which have been widely used to study the electrostatic properties of biomolecules. For this, increasing radii centered on the hygB centroid were measured from the 30S-hygB crystal structure (1HNZ.pdb), and only the individual interaction energy of each enclosed nucleotide was determined for quantum calculations using molecular fractionation with conjugate caps (MFCC) strategy. It was noticed that the dielectric constants underestimated the energies of individual interactions, allowing the convergence state is achieved quickly. But only for ε = 40, the total binding energy of drug-receptor interaction is stabilized at r = 18A, which provided an appropriate binding pocket because it encompassed the main residues that interact more strongly with the hygB - C1403, C1404, G1405, A1493, G1494, U1495, U1498 and C1496. Thus, the dielectric constant ≈ 40 is ideal for the treatment of systems with many electrical charges. By comparing the individual binding energies of 16S rRNA nucleotides with the experimental tests that determine the minimum inhibitory concentration (MIC) of hygB, it is believed that those residues with high binding values generated bacterial resistance to the drug when mutated. With the same reasoning, since those with low interaction energy do not influence effectively the affinity of the hygB in its binding site, there is no loss of effectiveness if they were replaced.

Filogenia molecular de fungos gasteroides das ordens Phallales e Geastrales (Phallomycetidae)

Gasteroids fungi are characterized by the basidiospores maturation inside the basidioma, from which spores liberation occurs in a passive manner. These fungi were once seen as a well definite class of Basidiomycota, but nowadays they are considered an artificial assemblage, because the organisms have independent evolutionary histories forming a polyphyletic group with a vast morphological variety. Despite their diversity, studies with this group in the tropics are incipient, and the phylogenetic relationships of the species from temperate climate remain unknown. Thus, this work aimed to elucidate the phylogenetic relationships of gasteroids fungi from the Geastrales and Phallales orders, with the inclusion of tropical and temperate species, and with these analyses suggest a systematic position of species like Aseroë floriformis and Phallus roseus, as well as to verify if the lignicolous habit can indicate parental relationship in the Geastrum genus. For this, basidiomata were collected at Atlantic rain forest areas, during the rainy season, and the specimen identification followed specific literature for gasteroid fungi. The phylogenetic analyses were performed with Maximum Parsimony and Bayesian Analysis, making use of RPB2 and 28S nuclear genes and atp6 mitochondrial gene. It could be observed on the Phallales dendogram, that Aseroë floriformis did not cluster with A. rubra, and that it has an anterior divergence from all others species of the family Clathraceae used in this analysis, assuming a basal position in the clade. Phallus roseus, which once was recognized as Itajahya, has previous divergence from the group formed by Phallus species. At the Geastrales dendogram, in the group corresponding to Geastrum genus, it could be observed that species with lignicolous habitat clustered in a clade with high support values. So, the results suggest the creation of a new genus to accommodate A. floriformis, and the revalidation of Itajahya, as well as it can be affirmed that the lignicolous habitat on the Geastrum genus in fact indicates parental relationships, and that it has arised only once at the evolutionary history of the genus

Estudo de bactérias do gênero Gluconobacter: isolamento, purificação, identificação fenotípica e molecular

A importância do estudo de bactérias acéticas, em especial as do gênero Gluconobacter, está baseada em suas aplicações industriais, pois estas possuem a capacidade de bioconversão de sorbitol a sorbose, viabilizando o processo de produção de vitamina C. O estudo envolveu coletas de amostras em indústrias de refrigerante, flores, frutos e mel, seguidas de purificação, identificação fenotípica e identificação molecular, com a utilização de iniciador definido a partir de consulta ao Nucleotide Sequence Database. Preservaram-se as linhagens identificadas como membros da família Acetobacteriaceae, gênero Gluconobacter. Foi isolado um total de 110 linhagens dos substratos: Pyrostegia venusta (Cipó de São João), mel, Vitis vinifera (uva), Pyrus communis (pêra), Malus sp. (maçã) e de duas amostras de refrigerantes envasados em embalagens de PET de 2 L. Deste total, 57 linhagens foram recuperadas em meio MYP (manitol, extrato de levedura, peptona), 12 em meio YGM (glicose, manitol, extrato de levedura, etanol, ácido acético), 41 em meio de enriquecimento e, posteriormente, em meio GYC (glicose, extrato de levedura e carbonato de cálcio). Obtiveram-se 68 linhagens identificadas como bastonetes Gram negativos. Destas, 31 foram caracterizadas bioquimicamente como pertencentes à família Acetobacteriaceae por serem catalase positivas, oxidase negativas e produtoras de ácido a partir de glicose. A caracterização dessas linhagens foi complementada com os testes bioquímicos: liquefação da gelatina, redução de nitrato, formação de indol e H2S e oxidação de etanol a ácido acético. Métodos moleculares foram aplicados para identificação do gênero Gluconobacter. Finalmente, oito linhagens foram caracterizadas como pertencentes ao gênero Gluconobacter. As linhagens encontram-se depositadas em coleção de cultura do laboratório de Microbiologia do Departamento de Biologia da UNESP, campus de Assis, estocadas em extrato de malte 20 a -196 ºC.

True branched nostocalean cyanobacteria from tropical aerophytic habitats and molecular assessment of two species from field samples

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Análise molecular em morcegos do gênero Artibeus Leach, 1821 (Chiroptera, Phyllostomidae) a partir de espécimes depositados em coleção científica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Marcadores citológicos no cariótipo de espécies de Leptodactylus (Amphibia, Anura, Leptodactylidae) analisado com técnicas de citogenética clássica e molecular

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Caracterização molecular e expressão heteróloga do alérgeno fosfolipase A1 do veneno de Polybia paulista (Hymenoptera; Vespidae)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise citogenética clássica, molecular e ultraestrutural em escorpiões da família Buthidae: um enfoque evolutivo

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)