Quimeras transitorias en la producción de embriones bovinos

La transmisión de genética superior y consecuente generación de numerosas crías idénticas de alto valor, permitiría aumentar rápidamente la cantidad y calidad del ganado vacuno. Con este fin, optimizamos la técnica de fecundación in vitro (FIV), la cual nos permitió obtener altas tasas de embriones y preñeces. La selección del toro y la realización de experimentos de FIV con semen sexado, consiguieron aumentar los rendimientos por pajuela y la producción de embriones del sexo deseado en nuestras condiciones. También exploramos un sistema eficiente de criopreservación de embriones libres de zona pelúcida (LZP) por vitrificación, con resultados de sobrevida similares al grupo control con ZP. En este sentido, mediante la desagregación de embriones en estadio de 2 y 4 células, y el posterior cultivo LZP, fue posible incrementar la cantidad inicial de embriones. Si bien la TO en presuntos cigotos de FIV permitió generar embriones de mayor tamaño, también afectó severamente tanto la competencia de los embriones como la de sus blastómeras individuales. Sin embargo, la complementación troboblástica de blastómeras más avanzadas desagregadas demostró ser una alternativa innovadora para la clonación embrionaria. Este procedimiento se realizó electrofusionando embirones producidos por FIV en estadío de 2 células, que luego se agregaron con una única blastómera transgénica, generando lo que llamamos quimeras transitorias. Al emplear los embriones aneuploides y más jóvenes fue posible dirigir el destino de cada tipo celular, orientándolos hacia los tejidos extrembrionarios (que se descartarían en el momento del nacimiento), y soportando el desarrollo de una blastómera individual destinada al macizo celular interno (MCI). Por lo tanto, durante el desarrollo de esta Tesis fue posible desarrollar un sistema completo y original de clonación embrionaria, basado en la producción, multiplicación y criopreservación de embriones bovinos LZP.

Fisiología del fruto de kiwi (Actinidia deliciosa) durante su desarrollo y ablandamiento : expresión de genes asociados y su modulación por etileno y 1-metilciclopropeno

A fin de investigar el efecto fisiológico del etileno y del 1-metilciclopropeno en el progreso del ablandamiento del kiwi, se trató los frutos con esos reguladores inmediatamente después de la cosecha, o con 1-metilciclopropeno en diferentes estadios de la maduración después de 40, 80 o 120 d de almacenamiento refrigerado (0ºC). El tratamiento con etileno inmediatamente después de la cosecha estimuló el ablandamiento de la pulpa, incrementó y adelantó el pico de producción de etileno y la expresión de los genes KWACS1 y KWACO1 involucrados en la biosíntesis del etileno. En cambio, el tratamiento con 1-metilciclopropeno en el mismo estadio retrasó marcadamente el ablandamiento e inhibió la producción de etileno. Los incrementos en la abundancia de transcriptos de KWACS1 y KWACO1 fueron bloqueados por el tratamiento con 1-metilciclopropeno, indicando que estos genes son regulados positivamente por el etileno. Los kiwis almacenados en frío (0 ºC) por 40, 80 o 120 d y luego tratados con 1-metilciclopropeno antes de su retorno a 20 ºC para su maduración ulterior mostraron una tasa reducida de ablandamiento de la pulpa y un estadio de madurez de consumo extendido. Estos resultados indican claramente que la aplicación de 1-metilciclopropeno puede jugar un papel significativo en el inicio y en el progreso del ablandamiento del kiwi. El 1-metilciclopropeno inhibió o restringió severamente la producción autocatalítica de etileno en cualquier estado de maduración. La transcripción de los genes KWACS1 y KWACO1 resulto inhibida por el tratamiento con 1-metilciclopropeno después de 40 y 80 d de almacenamiento en frío, sugiriendo que existe una regulación por retroalimentación positiva para la producción de etileno, incluso después del almacenamiento refrigerado. Para investigar los niveles de expresión de genes relacionados con la pared celular durante la ontogenia del kiwi y en respuesta a la aplicación de etileno y de 1-metilciclopropeno, se obtuvo una secuencia completa de cDNA a la cual se denominó AdGAL1, determinándose por análisis bioinformático que es un homólogo de ß-D-galactosidasa de kiwi. El producto deducido de la traducción de AdGAL1 consta de 728 aminoacidos de longitud mientras que laproteina madura posee una masa molecular predicha de 81,12 kDa y un pI teorico de 7,5. Se efectuaron reacciones de RT-PCR semicuantitativas para evaluar la expresión de AdGAL1 y de una serie de secuencias de ADN. Los transcriptos que hibridizan con AdGAL1 resultaron apenas detectables durante el crecimiento del fruto pero se observaron tanto en mesocarpo externo como en columela al comienzo del ablandamiento del fruto (Fase IV, Estadio 1), y durante el ablandamiento tardío (Estadio 3) sugiriendo su injerencia en las grandes pérdidas de galactosa de la pared celular durante el ablandamiento del kiwi. La abundancia de transcriptos que hibridizan con AdARF1 y AdARF/XYL (codificantes de alfa-L-arabinofuranosidasa y de alfa-L-arabinofuranosidasa/ß-D-xilosidasa putativas) permaneció relativamente constante a traves de todo el crecimiento y la maduración(...)

Fertilization trial on soybean in Argentine Pampa : boron or nitrogen?

p.29-36

El ambiente lumínico en plantaciones intensivas de olivo (Olea europaea L.)y su efecto sobre los determinantes y componentes del rendimiento en aceite

Maximizar la productividad en las plantaciones densas de olivo requiere de un manejo apropiado de la iluminación del canopeo. Pero el limitado conocimiento acerca de la respuesta del rendimiento a la radiación fotosintéticamente activa (PAR)dificulta su logro. Además, los periodos potencialmente críticos, donde el rendimiento sería sensible al sombreado, y el efecto de la poda sobre la respuesta a la PAR, han sido escasamente estudiados. Esta tesis se centró sobre las relaciones entre los determinantes y componentes del rendimiento, y la PAR, utilizando dos aproximaciones. En primer lugar, se caracterizó el ambiente lumínico en distintas posiciones de un seto en dos estaciones de crecimiento y se estableció su relación con los determinantes y componentes del rendimiento. Las yemas axilares e inflorescencias respondieron bilinealmente a la PAR aunque la poda alteró esta respuesta. El peso seco del fruto y la concentración de aceite respondieron linealmente a la irradiancia. En segundo lugar, se manipuló directamente el nivel de PAR (3 a 70 de PAR incidente)con redes mediasombra en árboles semi-aislados, focalizando las mediciones en una posición externa de la copa. Combinando ambos enfoques, se contrastaron las funciones de respuestas derivadas de distintas posiciones en el seto (primera aproximación)con aquellas obtenidas en una posición externa de la copa (segunda aproximación). Utilizando la segunda aproximación se demostró que la inducción floral, el cuaje y llenado del fruto son periodos críticos para el rendimiento bajo PAR limitante. También fue posible establecer que los frutos evidenciaron una mejor capacidad de recuperación después de retirar los tratamientos, cuando el periodo de post-sombreo precedió y/o aconteció durante la división celular del fruto. La información aquí generada podría mejorar el modelado de la estructura óptima del canopeo, que asegura una óptima intercepción de la PAR y un alto rendimiento.

Quimeras transitorias en la producción de embriones bovinos

La transmisión de genética superior y consecuente generación de numerosas crías idénticas de alto valor, permitiría aumentar rápidamente la cantidad y calidad del ganado vacuno. Con este fin, optimizamos la técnica de fecundación in vitro (FIV), la cual nos permitió obtener altas tasas de embriones y preñeces. La selección del toro y la realización de experimentos de FIV con semen sexado, consiguieron aumentar los rendimientos por pajuela y la producción de embriones del sexo deseado en nuestras condiciones. También exploramos un sistema eficiente de criopreservación de embriones libres de zona pelúcida (LZP) por vitrificación, con resultados de sobrevida similares al grupo control con ZP. En este sentido, mediante la desagregación de embriones en estadio de 2 y 4 células, y el posterior cultivo LZP, fue posible incrementar la cantidad inicial de embriones. Si bien la TO en presuntos cigotos de FIV permitió generar embriones de mayor tamaño, también afectó severamente tanto la competencia de los embriones como la de sus blastómeras individuales. Sin embargo, la complementación troboblástica de blastómeras más avanzadas desagregadas demostró ser una alternativa innovadora para la clonación embrionaria. Este procedimiento se realizó electrofusionando embirones producidos por FIV en estadío de 2 células, que luego se agregaron con una única blastómera transgénica, generando lo que llamamos quimeras transitorias. Al emplear los embriones aneuploides y más jóvenes fue posible dirigir el destino de cada tipo celular, orientándolos hacia los tejidos extrembrionarios (que se descartarían en el momento del nacimiento), y soportando el desarrollo de una blastómera individual destinada al macizo celular interno (MCI). Por lo tanto, durante el desarrollo de esta Tesis fue posible desarrollar un sistema completo y original de clonación embrionaria, basado en la producción, multiplicación y criopreservación de embriones bovinos LZP.

Fertilization trial on soybean in Argentine Pampa : boron or nitrogen?

p.29-36

Cultivos de Rhizobium phaseoli en sistema sumergido

p.19-27

Influencia de distintas citocininas en el cultivo in vitro de apices caulinares de Fragaria x ananassa y F. virginiana

p.65-70

Estudo de extractos de Genista tenera actividade antioxidante e inibição de enzimas do metabolismo da glucose

Objectivo: Estudar a actividade antidiabética e antioxidante de extractos de Genista tenera. Materiais e métodos: Investigou-se a actividade antioxidante pelo método das espécies reactivas ao ácido tiobarbitúrico e o método do MTT (3-(4,5- dimetiltiazol-2-il)-2,5-difenil brometo de tetrazolio). Procurou-se clarificar o mecanismo de acção antidiabética pelo estudo da actividade inibitória nas enzimas α-glucosidase, glucose-6-fosfatase e glicogénio fosforilase. Resultados: No ensaio de MTT os extractos em éter, butanol e acetato de etilo possuem boa actividade antioxidante (87,80 %, 67,82 % e 67,70 % de viabilidade celular respectivamente). Na α-glucosidase os extractos em butanol e acetato de etilo apresentaram inibição (0,97% e 2,36% de actividade enzimática). Os extractos em acetato de etilo, butanol e éter são inibidores da glucose-6- fosfatase (48,33%, 80,25% e 64,42% de actividade enzimática). Conclusões: Os extractos de Genista tenera em acetato de etilo, butanol e éter poderão ser no futuro incluídos em nutracêuticos para prevenir ou tratar a diabetes tipo 2.

"C. elegans: modelo biológico do presente e do futuro"

Nos meados da década de 60, o Nobel da Medicina Sidney Brenner propôs a utilização do nemátode bacteriófago, do solo, Caenorhabditis elegans, também conhecido como C. elegans, para estudos de genética e desenvolvimento, dado possuir um conjunto de características que o tornavam o ideal para modelo biológico, nomeadamente a sua pequena dimensão (ca. de 1 mm), facilidade de observação, facilidade de cultivo e manutenção em laboratório, curto ciclo de vida com uma capacidade reprodutiva notável, presença de hermafroditas e machos (5%). O seu artigo seminal de 1974, “The genetics of C. elegans” abriu o caminho para a investigação nesta área. Hoje em dia, revistas como a Nature, Science, Genes and Development, etc… publicam frequentemente os resultados da investigação com recurso a este modelo. É de notar, no entanto, que os nemátodes têm sido utilizados há muito tempo como modelo de estudo, tais como van Beneden, em finais do século XIX, que observando células de Ascaris equorum, descobriu o fenómeno da meiose. O fenómeno da fertilização foi igualmente descoberto num nemátode. Desde a década de setenta até aos nossos dias, o C. elegans tem sido intensamente utilizado para estudos de anatomia interna e sua correlação com linhagens celulares e desenvolvimento. Assim, Sulston e Horvitz elucidaram a origem e desenvolvimento das 959 células somáticas que, de uma forma constante, se produzem nesta espécie (eutelia). Um dos primeiros sistemas a ser estudado foi o sistema nervoso, sendo este nemátode o primeiro animal de que se conhece perfeitamente a identidade de todos os neurónios, a sua linhagem e o circuito nervoso global. Para além de modelo de biologia do desenvolvimento, o C. elegans tem sido alvo de estudo do fenómeno do envelhecimento celular, tendo sido possível identificar os respectivos genes. Kennyon, nos anos 90, e mais recentemente Arantes e Oliveira, têm demonstrado ser possível “prolongar” a vida deste animal de 21 para mais de 180 dias, o que corresponde a 675 anos em vida humana, através de manipulações diversas, tais como agentes mutagénicos, ablação com raio laser, etc.. Também o mecanismo de morte celular programada ou “apoptose” tem sido estudado neste modelo. Em 2002, o Comité Nobel entendeu atribuir o prémio Nobel da Medicina a Brenner, Sulston e Horvitz “for their discoveries concerning genetic regulation of organ development and programmed cell death”. É interessante notar pela leitura de “The common thread”, de John Sulston, a importância decisiva da sequenciação do genoma de C. elegans, em 1998, para o avanço na sequenciação do genoma humano efectuada em 2000, e de cuja mega-equipa Sulston participou de forma decisiva. Finalmente, e como modelo pedagógico, o nemátode C. elegans constitui a escolha ideal para diversas disciplinas dos cursos de Biologia, tais como Biologia celular, Histologia, Biologia do Desenvolvimento, Genética, Etologia, etc….

Comportamento pós-colheita da ameixa 'Raínha Cláudia Verde' Prunus domestica L. : efeitos do cálcio na maturação

`Rainha Cláudia Verde' é uma antiga variedade da ameixeira europeia Prunus domestica L. que se encontra bem adaptada a uma zona restrita do Alto Alentejo. Esta variedade é utilizada para o consumo em fresco e na doçaria regional, onde se emprega na confecção das famosas 'Ameixas D'Elvas'. A confitagem é a técnica utilizada na confecção deste produto com denomicação de origem protegida, e que faz parte de um saber tradicional muito divulgado na região. As informações que resultam de evidências práticas mostram que nem todos os frutos reagem da mesma forma à fase da cozedura. Existem zonas específicas que produzem frutos que não se adequara processo da confitagem, apresentando uma textura imprópria após a cozedura. Recentemente, e com o aumento das áreas produtoras, verificou-se que os frutos destas regiões específicas para além de inadequados para a cozedura, também apresentavam uma menor capacidade de conservação em fresco. Assim durante a conservação estes frutos, quando comparados com os das outras regiões, apresentavam uma perda de firmeza mais rápida tornando-se mais difíceis de comercializar. Entre os factores culturais que contribuem para a qualidade pós-colheita dos frutos, o teor de cálcio presente no solo e nos frutos apresenta-se corno um dos mais importantes. O cálcio é um dos nutrientes que mais frequentemente é associado à manutenção da estrutura das paredes celulares das plantas, estando envolvido directamente na redução das perdas de textura dos frutos. Tendo em consideração os aspectos anteriormente referidos, foi delineado um trabalho que teve início com a selecção de dois pomares geograficamente distantes, e que tradicionalmente produziam frutos com diferentes comportamentos quer durante a conservação quer durante a confitagem. Associada ao conhecimento empírico, a prévia indicação de que estes pomares apresentavam concentrações cle cálcio foliar significativamente diferentes, contribuiu também para a sua selecção. O objectivo geral desta tese foi o de investigar o comportamento pós-colheita da `Rainha Cláudia Verde' particularmente a influência do cálcio na textura dos frutos. Definiram-se os seguintes objectivos específicos: (1) determinar a influência do porta-enxerto e do solo na concentração de cálcio dos frutos e as respectivas consequências, no seu comportamento pós-colheita; (2) seleccionar um método que permitisse avaliar a produção de etileno dos frutos e consequentemente a atribuição da designação de fruto climatérico ou não climatérico a esta variedade; (3) avaliar os e Feitos durante a conservação, de diferentes níveis de cálcio nos frutos; (4) quantificar nos frutos os níveis de cálcio da parede celular e avaliar a sua influência na firmeza dos frutos; (5) seleccionar as melhores temperaturas de conservação para os frutos desta variedade. Os resultados apresentados nesta tese indicam que a variedade 'Rainha Cláudia Verde' é uma variedade de frutos climatéricos que apresentam uma acentuada perda de textura após a colheita. Durante a conservação frigorífica os frutos apresentaram comportamentos diferentes, de acordo com a sua origem. Os frutos com origem no pomar que tradicionalmente não produz frutos aptos a serem confitados, apresentam simultaneamente uma mais rápida perda de firmeza quando comparados com os frutos dos outros pomares. Sendo que o menor teor de cálcio nos frutos leva a que a diminuição da firmeza da polpa ocorra mais rapidamente. No entanto à colheita não se observaram diferenças significativas da firmeza da polpa dos frutos. Esta informação parece indicar que outros factores, além do nível de cálcio dos frutos, poderão estar implicados na firmeza revelada à colheita. Por outro lado os frutos com epiderme revelaram diferenças de firmeza nos testes efectuados à colheita. O efeito da epiderme na firmeza dos frutos à colheita parece indicar que outros factores tais como o estado de hidratação dos frutos poderão contribuir para o aumento desta característica dos frutos. Apesar do teor de cálcio dos frutos melhorar o seu comportamento durante a conservação, a sua influência na emissão de etileno não foi evidente. O aumento do teor de cálcio nos frutos pode conseguir-se através de uma selecção adequada do porta-enxerto. Os porta-enxertos estudados induziram quantidades diferentes de cálcio nos frutos, aparentemente contribuindo o vigor do porta-enxerto para um efeito de diluição do cálcio na árvore. O estudo da influência do solo no teor do cálcio dos frutos revelou que os frutos com menor capacidade de conservação provinham de solos com maiores teores de cálcio, e que na sua constituição apresentavam uma menor concentração de cálcio na polpa. Apresenta-se ainda a hipótese de que o excesso de potássio presente nestes solos possa ter contribuído para um menor teor de cálcio nos frutos. De facto os frutos com uma razão Ca/K superior apresentaram também uma firmeza superior./ ABSTRACT - `Raínha Claudia Verde' is an old variety of Prunus domestica which is well adapted to a restrict zone of Alto Alentejo in the south region of Portugal. This variety is much appreciated either as a fresh fruit or as a sweet candy. The candying process is a widespread technique in this region with much empirical knowledge. There are practical evidences which indicate that fruits origin may influence the boiling process. Some fruits produced in specific areas in this region had an inadequate behaviour during boiling, becoming to soft and improper to use in canding. More recently it has been also observed that these specific areas produced fruits with a poor postharvest behaviour. During storage these fruits loose texture very quickly and became improper to commercialize. Many pre and postharvest factors may contribute to differences in fruit quality. calcium is one of most important nutrients which have a major effect on cell wall structure and membrane integrity. Studies on the role of calcium in fruits indicate its involvement in delaying changes associated with softening. Two orchards were selected because of their history of producing fruits with different characteristics either as a fresh or as a processed fruit, and because induced different calcium levels in the leaves. The main focus of this research work was to study the influence of the production region in fruit postharvest behaviour, specially the influence of calcium in fruit texture. The aims were: (1) to compare the rootstock and the soil influence on calcium fruit content, (2) to select a method- to measure the production of ethylene in fruits of 'Raínha Claudia Verde' (3) to evaluate the effects of different calcium fruit content in the postharvest behaviour of fruits (4) to evaluate the cell wall calcium content and its influence in fruit firmness, (5) and to select the best cold storage temperatures to this variety. It was found that 'Raínha Claudia Verde' is a climacteric variety and the studies on fruit firmness revealed a significant loss of fruit texture during ripening on or off the tree. During storage, fruits had a different behaviour depending on fruits origin. Usually fruits, which traditionally do not resist to boiling process, also exhibited an early softening, when compared to other fruits produced in adequate regions. The excessive fruit softening after harvest occurred in fruits with lower calcium content. However, at harvest, fruits from both orchards exhibited a similar firmness which may indicate that other factors besides calcium should be implicated in fruit firmness at harvest. In spite of a better postharvest behaviour of fruits with higher calcium content, it was not evident the calcium influence in the climacteric rise. The increase of calcium fruit content can be achieved with a proper rootstock selection. The rootstocks investigated in this study, induced different calcium fruit content, apparently vigorous rootstocks contributed to the dilution of calcium fruit level. The soil with higher calcium content induced a lower calcium fruit content, which may be due to the excess of potassium in this soil; in fact fruits with higher Ca/K ratio reached higher firmness values. It is also proposed a method to evaluate the calcium content in the fruit independently of fruit mass. The calcium fruit content is usually expressed as a percentage of dry mass, however during the course of fruit development there are a huge increment of fruit weight because of water and sugar mobilization into the fruit. Most of the total calcium in the plants is associated with the cell wall which means that calcium fruit content expressed as a percentage of cell wall fraction is a much more reliable method. Orchards with an excess of potassium in the soil produced fruits with a significant lower calcium fruit content. However it was not possible to prove the gradually firmness decrease during the harvest period as a consequence of calcium fruit loss. In fact, it was not evident a gradual decrease of calcium fruit content during the harvest dates thus it was impossible to find at harvest, a good correlation between fruit firmness and calcium fruit content. The analysis of cell wall polysaccharides evaluated during ripening in the tree showed a slight increase of more branched polysaccharides as ripening went. The small changes in pectic polysaccharides during the harvest season are in accordance with the small decrease in tissue firmness during this period. In this variety the usual storage period is about of 3-4weeks with a temperature of 1-2°C and 90% of relative humidity. However upon rewarming fruits held at 7°C, during 14 days, produced more ethylene at 20°C and exhibited also a higher firmness than fruits held at PC. The reduction of ethylene production and fruit firmness upon rewarming, after fruits being held at lower temperatures, may suggest some chilling injury in this variety.

Infecção de mycobacterium bovis em células fagocíticas: estratégia aplicada ao diagnóstico da tuberculose bovina

Neste trabalho foram estudadas as interacções entre Mycobacterium bovis e células hospedeiras, na perspectiva de aplicar os conhecimentos resultantes desse estudo ao melhoramento do diagnóstico da tuberculose bovina. Foi estudada a dinâmica da infecção de células fagocíticas com estirpes de M. bovis, com ênfase para a invasão e multiplicação intracelular das micobactérias. Avaliações efectuadas por citometria de fluxo, microscopia de fluorescência e contagem de colónias demonstraram que as micobactérias invadiram e replicaram em todos os modelos celulares, sendo que as células epiteliais de pulmão de bovino foram as mais permissivas ao seu crescimento. Foi nas células macrofágicas J774 e THP-1 que se verificaram as maiores concentrações micobacterianas, pelo que foram utilizadas para a detecção e identificação de M. bovis por um método molecular. A optimização da extracção de DNA, por um processo mecânico, e o desenvolvimento do método de PCR-RFLP baseado no gene gyrB, com controlo interno, permitiram a identificação de M. bovis. A sensibilidade deste método foi de 100% quando aplicado a estirpes isoladas e apenas de 40% quando utilizado directamente em amostras de macerados de tecidos de bovinos com tuberculose. Uma pré-incubação (3 dias) das amostras nas culturas celulares contribuiu para melhorar significativamente a sensibilidade (77%) do PCR-RFLP gyrB. A cultura celular, como matriz a ser utilizada para aumentar a quantidade de M. bovis presente em amostras biológicas, revela-se um método promissor para o diagnóstico laboratorial rápido, específico e sensível da tuberculose bovina. ### - Summary - Interactions between Mycobacterium bovis and host cells were studied with the purpose to apply the outcome knowledge in the improvement of bovine tuberculosis diagnosis. The dynamic of infection of four cell models with three strains of M. bovis was evaluated, with emphasis given to the invasion and intracellular multiplication of mycobacteria. Assessments by flow cytometry, fluorescence microscopy and colony counting showed that every cell models permitted the replication of mycobacteria, although bovine lung epithelial cells had been the most permissive one. The highest mycobacteria) load was found, however, in J774 and THP-1 macrophages, and hence these cells were used for the optimization of a molecular method for detection and identification of M. bovis. The optimisation of a DNA extraction step, by a mechanical process, and the development of PCR-RFLP based on gyrB gene, with an internal control, allowed the identification of M. bovis. The sensitivity of this method was 100% when applied to isolated strains and only 40% when directly used on samples of macerated of tissues from cattle with tuberculosis. Assays in which a pre-incubation step (three days) of biological samples in cell cultures was introduced significantly improved the sensitivity (77%) of the gyrB PCR-RFLP. Cell cultures as a support for growth and rapid isolation of M. bovis is a promising method for the specific, sensitive and rapid laboratorial diagnosis of bovine tuberculosis.

Methodologies for a sustainable development of estuarine ecosystems

As zonas costeiras, estuarinas e lagunares são consideradas áreas muito produtivas e dotadas de grande biodiversidade sendo, por isso, consideradas de elevado valor ecológico e económico. No entanto, nas últimas décadas tem vindo a verificar-se um aumento da contaminação destes ecossistemas como resultado de diversas actividades antrópicas. As abordagens actualmente disponíveis para avaliação do impacto da poluição em ecossistemas estuarinos e lagunares apresentam diversos tipos de lacunas, pelo que é importante desenvolver metodologias mais eficazes com organismos autóctones. Neste contexto, o objectivo central desta dissertação consistiu em desenvolver e validar métodos ecologicamente relevantes para avaliação da contaminação estuarina e dos seus efeitos, utilizando o góbio-comum (Pomatoschistus microps), quer como organismo-teste quer como espécie sentinela, devido à importante função que desempenha nas cadeias tróficas de diversos estuários da costa Portuguesa. A Ria de Aveiro foi seleccionada como área de estudo principalmente pelo facto de possuir zonas com diferentes tipos de contaminação predominante e de haver conhecimento científico de base abundante e de elevada qualidade sobre este ecosistema. Na primeira fase do estudo, foram investigados os efeitos agudos de dois hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAPs) (benzo[a]pireno e antraceno), de um fuel-óleo e de dois metais (cobre e mercúrio) em P. microps, utilizando ensaios laboratoriais baseados em biomarcadores e em parâmetros comportamentais, os quais foram avaliados utilizando um dispositivo expressamente desenvolvido para o efeito, designado por speed performance device (SPEDE). Como biomarcadores foram utilizados parâmetros envolvidos em funções fisiológicas determinantes para a sobrevivência e desempenho dos animais (neurotransmissão, obtenção de energia, destoxificação e defesas anti-oxidantes), nomeadamente a actividade das enzimas acetilcolinesterase, lactato desidrogenase, CYP1A1, glutationa S-transferases, glutationa reductase, glutationa peroxidase, superóxido dismutase, catalase, tendo ainda sido determinados os níveis de peroxidação lipídica como indicador de danos oxidativos. De forma global, os resultados indicaram que os agentes e a mistura testados têm a capacidade de interferir com a função neurológica, de alterar as vias utilizadas para obtenção de energia celular, induzir as defesas antioxidantes e, no caso do cobre e do mercúrio, de causarem peroxidação lipídica. Foram ainda obtidas relações concentração-resposta a nível dos parâmetros comportamentais testados, nomeadamente a capacidade de nadar contra a corrente e a distância percorrida a nadar contra o fluxo de água, sugerindo que os agentes testados podem, por exemplo, diminuir a capacidade de fuga aos predadores, as probabilidades de captura de presas e o sucesso reprodutivo. Na segunda fase, tendo sido já adaptadas técnicas para determinação de vários biomarcadores em P. microps e estudada a sua resposta a dois grupos de poluentes particularmente relevantes em ecossistemas estuarinos e lagunares (metais e HAPs), foi efectuado um estudo de monitorização utilizando P. microps como bioindicador e que incluiu diversos parâmetros ecológicos e ecotoxicológicos, nomedamente: 20 parâmetros indicativos da qualidade da água e do sedimento, concentração de 9 metais em sedimentos e no corpo de P. microps, 8 biomarcadores e 2 índices de condição na espécie seleccionada. A amostragem foi efectuada em quatro locais da Ria de Aveiro, um considerado como referência (Barra) e três com diferentes tipos predominantes de contaminação (Vagueira, Porto de Aveiro e Cais do Bico), sazonalmente, durante um ano. Os resultados obtidos permitiram uma caracterização ecotoxicológica dos locais, incluindo informação sobre a qualidade da água, concentrações de contaminantes ambientais prioritários nos sedimentos e nos tecidos de P. microps, capacidade desta espécie para bioacumular metais, efeitos exercidos pelas complexas misturas de poluentes presentes em cada uma das zonas de amostragem nesta espécie e possíveis consequências para a população. A análise multivariada permitiu analisar de forma integrada todos os resultados, proporcionando informação que não poderia ser obtida analisando os dados de forma compartimentalizada. Em conclusão, os resultados obtidos no âmbito desta dissertação indicam que P. microps possui características adequadas para ser utilizado como organismoteste em ensaios laboratoriais (e.g. abundância, fácil manutenção, permite a determinação de diferentes tipos de critérios de efeito utilizando um número relativamente reduzido de animais, entre outras) e como organismo sentinela em estudos de monitorização da poluição e da qualidade ambiental, estando portanto de acordo com estudos de menor dimensão previamente efectuados. O trabalho desenvolvido permitiu ainda adaptar a P. microps diversas técnicas bioquímicas vulgarmente utilizadas como biomarcadores em Ecotoxicologia e validá-las quer no laboratório quer em cenários reais; desenvolver um novo bioensaio, utilizando um dispositivo de teste especialmente concebido para peixes epibentónicos baseado na performance natatória de uma espécie autóctone e em biomarcadores; relacionar os efeitos a nível bioquímico com parâmetros comportamentais que ao serem afectados podem reduzir de forma drástica e diversificada (e.g. aumento da mortalidade, diminuição do sucesso reprodutivo, redução do crescimento) a contribuição individual para a população. Finalmente, foi validada uma abordagem multidisciplinar, combinando metodologias ecológicas, ecotoxicológicas e químicas que, quando considerada de forma integrada utilizando análises de estatística multivariada, fornece informação científica da maior relevância susceptível de ser utilizada como suporte a medidas de conservação e gestão em estuários e sistemas lagunares.

Phytochelatin signal tranduction and cadmium chelation in plants

As plantas utilizam diversas estratégias de sinalização para reconhecer e responder aos stresses ambientais. A maioria das vias de transdução de sinais partilham um sinal genérico, normalmente a modulação dos níveis intracelulares de Ca2+. Esta por sua vez pode iniciar uma cascata de fosforilação proteica que finalmente afecta as proteínas directamente envolvidas na protecção celular ou culmina em factores de transcrição que vão determinar a resposta fisiológica ao stresse. A percepção destes sinais e a compreensão de como estes podem activar as respostas adaptativas são factores-chave para a tolerância das plantas a stresses abióticos. Um dos principais stresses abóticos que restrigem o crescimento das plantas é a presença de metais pesados. A produção de fitoquelatinas e a subsequente quelação dos metais é o mecanismo mais conhecido de tolerância ao stresse metálico em plantas. Fitoquelatinas (PCs) são péptidos com grupos tiol que são sintetizados através da transpeptidação da glutationa (GSH), pela acção da enzima fitoquelatina sintase (PCS). No entanto, até ao momento, as vias de sinalização que levam à síntese de fitoquelatinas e à percepção do stresse metálico são pouco compreendidas. Dentro deste contexto, o presente trabalho foi elaborado com o intuito de elucidar a via de sinalização através da qual o cádmio é detectado pelas células vegetais e induz a síntese de PCs. Quase todos, os estudos de stresses abióticos em plantas apontam para o facto de a sua sinalização se basear nos mesmos tipos de sinais moleculares, nomeadamente a sinalização por cálcio, a fosforilação proteica e a indução de espécies reactivas de oxigénio (ROS). Trabalhos recentes sugerem que a sinalização de PCs poderá envolver todos estes parâmetros. Assim, uma primeira abordagem foi efectuada para compreender a síntese de PCs na espécie Arabidopsis thaliana, através da monitorizaçção da actividade de enzimas relacionadas, a γ-EC sintetase, GSH sintetase e a PC sintase (PCS), assim como o tempo necessário para o elongamento das PCs e a sua acumulação. Seguidamente, ao longo deste processo foi analisada a expressão de sinais específicos, associados com sinais de cálcio, fosforilação proteica e sinalização por ROS. A importância destes factores na síntese de PCs foi também avaliada através do uso de moduladores farmacológicos de cálcio e fosfatases proteicas e também pela indução de stresse oxidativo. Os resultados demonstraram novos dados sobre o papel do cálcio e da fosforilação proteica na produção de PCs e na síntese de GSH, revelando que a actvidade da PCS é regulada por fosforilação e que a sinalização de cálcio pode mediar a síntese de GSH. O envolvimento da sinalização de ROS na síntese de GSH, atráves de crosstalk com a sinalização de cálcio também foi proposta. Assim, os resultados aqui apresentados descrevem uma possível via de sinalização de cádmio nas plantas e da indução de fitoquelatinas. Este trabalho poderá ser portanto muito útil na implementação de novas metodologias de agricultura sustentável e práticas de fitorremediação em solos contaminados com metais pesados.

Molecular study of cell degeneration and evolution induced by mRNA mistranslation

As proteínas existentes nas células são produzidas pelo mecanismo de tradução do mRNA, no qual a informação genética contida nos genes é descodificada em cadeias polipeptídicas. O código genético, que define as regras de descodificação do genoma, minimiza os erros de tradução do mRNA, garantindo a síntese de proteínas com elevada fidelidade. Esta é essencial para a estabilidade do proteoma e para a manutenção e funcionamento dos processos celulares. Em condições fisiológicas normais, os erros da tradução do mRNA ocorrem com frequências que variam de 10-3 a 10-5 erros por codão descodificado. Situações que aumentam este erro basal geralmente estão associadas ao envelhecimento, stresse e a doenças; no entanto, em certos organismos o código genético é traduzido naturalmente com elevado erro, indicando que a síntese de proteínas aberrantes pode de algum modo ser vantajosa. A fim de estudar a resposta celular aos erros de tradução do mRNA, construímos leveduras que incorporam serina no proteoma em resposta a um codão de leucina, usando a expressão constitutiva de um tRNASer mutante. Este fenómeno genético artificial provocou uma forte diminuição da esporulação, da viabilidade e da eficiência de mating, afectando imensamente a reprodução sexual da levedura. Observou-se também uma grande heterogeneidade no tamanho e na forma das células e elevada instabilidade genómica, com o aparecimento de populações poliplóides e aneuplóides. No sentido de clarificar as bases celulares e moleculares daqueles fenótipos e compreender melhor a biologia do erro de tradução do mRNA, construímos também células de levedura que inserem serina em resposta a um codão de leucina de modo indutível e controlado. Utilizaram-se perfis de mRNA total e de mRNA associado a polissomas para elucidar a resposta celular ao erro de tradução do mRNA. Observou-se a indução de genes envolvidos na resposta ao stresse geral, stresse oxidativo e na unfolded protein response (UPR). Um aumento significativo de espécies reactivas de oxigénio (ROS) e um forte impacto negativo na capacidade das células pós-mitóticas re-iniciarem o crescimento foram também observados. Este fenótipo de perda de viabilidade celular foi resgatado por scavangers de ROS, indicando que o stresse oxidativo é a principal causa de morte celular causada pelos erros de tradução. Este estudo levanta a hipótese de que o stresse oxidativo e a acumulação de ROS, ao invés do colapso súbito do proteoma, são as principais causas da degeneração celular e das doenças humanas associadas aos erros de tradução do genoma. ABSTRACT: Proteins are synthesized through the mechanism of translation, which uses the genetic code to transform the nucleic acids based information of the genome into the amino acids based information of the proteome. The genetic code evolved in such a manner that translational errors are kept to a minimum and even when they occur their impact is minimized by similar chemical properties of the amino acids. Protein synthesis fidelity is essential for proteome stability and for functional maintenance of cellular processes. Indeed, under normal physiological conditions, mistranslation occurs at frequencies that range from 10-3 to 10-5 errors per codon decoded. Situations where this basal error frequency increases are usually associated to aging and disease. However, there are some organisms where genetic code errors occur naturally at high level, suggesting that mRNA mistranslation can somehow be beneficial. In order to study the cellular response to mRNA mistranslation, we have engineered single codon mistranslation in yeast cells, using constitutive expression of mutant tRNASer genes. These mistranslating strains inserted serines at leucine-CUG sites on a proteome wide scale due to competition between the wild type tRNALeu with the mutant tRNASer. Such mistranslation event decreased yeast sporulation, viability and mating efficiencies sharply and affected sexual reproduction strongly. High heterogeneity in cell size and shape and high instability in the genome were also observed, with the appearance of some polyploid or aneuploid cell populations. To further study the cellular and molecular basis of those phenotypes and the biology of mRNA mistranslation, we have also engineered inducible mRNA misreading in yeast and used total mRNA and polysome associated mRNA profiling to determine whether codon misreading affects gene expression. Induced mistranslation up-regulated genes involved in the general stress response, oxidative stress and in the unfolded protein response (UPR). A significant increase in reactive oxygen species (ROS) and a strong negative impact on the capacity of post-mitotic cells to re-initiate growth in fresh media were also observed. This cell viability phenotype was rescued by scavengers of ROS, indicating that oxidative stress is the main cause of cell death caused by mRNA mistranslation. This study provides strong support for the hypothesis that oxidative stress and ROS accumulation, rather than sudden proteome collapse or major proteome disruption, are the main cause of the cellular degeneration observed in human diseases associated mRNA mistranslation.