Cloning of actin genes from a genomic library of the newt, Notophthalmus viridescens

The regenerating urodele limb is a useful model system in which to study, in vivo, the controls of cell proliferation and differentiation. Techniques are available which enable one to experimentally manipulate mitogenic influences upon the blastema, as well the morphogenesis of the regenerating 11mb. Although classical regeneration studies have generated a wealth of knowledge concerning tissue interactions, little 1s known about the process at the level of gene expression. The aim of this project was to clone potentially developmentally regulated genes from a newt genomic library for use in future studies of gene expression during limb regeneration. We decided to clone the cytoskeletal actin gene for the following reasons: 1. its expression reflects the proliferative and differentiatlve states of cells in other systems 2. the high copy number of cytoplasmic actin pseudogenes in other vertebrates and the high degree of evolutionary sequence conservation among actin genes increased the chance of cloning one of the newt cytoplasmic actin genes. 3. Preliminary experiments indicated that a newt actin could probably be identified using an available chick ~-actln gene for a molecular probe. Two independent recombinant phage clones, containing actin homologous inserts, were isolated from a newt genomic library by hybridization with the chick actin probe. Restriction mapping identified actin homologous sequences within the newt DNA inserts which were subcloned into the plasmid pTZ19R. The recombinant plasmids were transformed into the Escherichia coli strain, DHsa. Detailed restriction maps were produced of the 5.7Kb and 3.1Kb newt DNA inserts in the plasmids, designated pTNAl and pTNA2. The short «1.3 Kb) length of the actin homologous sequence in pTNA2 indicated that it was possibly a reverse transcript pseudogene. Problems associated with molecular cloning of DNA sequences from N. viridescens are discussed with respect to the large genome size and abundant highly repetitive DNA sequences.

Étude du polymorphisme du gène majeur d’histocompatibilité de classe IIb (MHIIb) chez l’omble de fontaine (Salvelinus fontinalis)

Les molécules classiques du complexe majeur d’histocompatibilité de classe II (CMHII) sont des glycoprotéines de surface spécialisées dans la présentation de peptides, principalement dérivés de pathogènes extracellulaires, aux récepteurs des lymphocytes T CD4+ afin d’initier la réponse immunitaire adaptative. Elles sont encodées, avec celles du CMH de classe I, par les gènes les plus polymorphiques identifiés jusqu’à maintenant, avec plusieurs loci et une grande diversité allélique à chacun d’eux. De plus, le polymorphisme des gènes du CMHII n’est pas limité qu’aux séquences codantes. Il est également observé dans les promoteurs où on a démontré ses effets sur le niveau d’expression des gènes. La variation de la régulation d’un gène est considérée comme un facteur important et pour laquelle des modifications morphologiques, physiologiques et comportementales sont observées chez tous les organismes. Des séquences d’ADN répétées impliquées dans cette régulation ont été identifiées dans les régions non-codantes des génomes. D’un autre côté, la sélection par les pathogènes permettrait l’évolution et le maintien du polymorphisme des gènes du CMH chez les vertébrés. À ce sujet, plusieurs études ont montré l’implication de différents allèles du CMH dans la résistance ou la susceptibilité aux maladies. Cette étude avait pour objectifs de caractériser le polymorphisme du gène MHIIb chez l’omble de fontaine (Salvelinus fontinalis) et de documenter ses effets au niveau de la survie conférée par des allèles et/ou génotypes particuliers lors d’une infection, ainsi que sur la variation du niveau d’expression du gène dans différentes conditions. Dans une première partie, nous avons identifié un total de 6 allèles du gène MHIIb, désignés Safo-DAB*0101 à Safo-DAB*0601, qui montrent une grande similarité avec les séquences codantes provenant de poissons téléostéens et de l’humain. L’analyse des séquences du domaine b1 a permis de détecter l’effet d’une pression sélective positive pour maintenir le polymorphisme dans cette région de la molécule. Quatre de ces allèles ont été testés lors d’une expérience d’infection avec le pathogène Aeromonas salmonicida afin d’évaluer l’effet qu’ils pouvaient avoir sur la survie des poissons. Nous avons trouvé que l’allèle DAB*0101 était significativement associé à la résistance à la furonculose. En plus d’avoir été identifié chez les individus homozygotes pour cet allèle, l’effet a également été remarqué au niveau de la survie les poissons de génotype DAB*0101/*0201. À l’opposé, les facteurs de risque élevé obtenus pour les génotypes DAB*0201/*0301 et DAB*0301/*0401 suggèrent plutôt une association à la susceptibilité. Étant donné la faible fréquence à laquelle l’allèle DAB*0101 a été retrouvé dans la population, le modèle de la sélection dépendante de la fréquence pourrait expliquer l’avantage conféré par ce dernier et souligne l’importance de ce mécanisme pour le maintien du polymorphisme du gène MHIIb chez l’omble de fontaine. Dans une seconde partie, nous avons rapporté la présence d’un minisatellite polymorphique formé d’un motif de 32 nucléotides dans le second intron du gène MHIIb, et pour lequel un nombre exclusif de répétitions du motif a été associé à chaque allèle (69, 27, 20, 40, 19 et 25 répétitions pour les allèles DAB*0101 à DAB*0601 respectivement). L’expression relative de quatre allèles a été évaluée dans des poissons hétérozygotes aux températures de 6 ºC et 18 ºC. Les résultats indiquent que les allèles possédant un long minisatellite montrent une réduction de l’expression du gène d’un facteur 1,67 à 2,56 par rapport aux allèles qui en contiennent un court. De même, des allèles qui incluent des minisatellites de tailles similaires n’affichent pas de différence significative au niveau de l’abondance du transcrit aux deux températures. De plus, l’effet répressif associé aux longs minisatellites est amplifié à la température de 18 ºC dans des poissons de trois génotypes différents. Nous avons finalement observé une augmentation significative par un facteur 2,08 de l’expression totale du gène MHIIb à la température de 6 ºC. Ces résultats appuient l’implication des séquences d’ADN répétées dans la régulation de l’activité transcriptionnelle d’un gène et suggèrent qu’un minisatellite sensible aux différences de températures pourrait être soumis aux forces sélectives et jouer un rôle important dans l’expression de gènes et l’évolution des organismes poïkilothermes.

Exploring TERRA (TElomeric Repeat-containing RNA) Expression and Regulation During Cell Growth in Saccharomyces cerevisiae

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Genomic and genetic analyses of diversity and plant interactions of Pseudomonas fluorescens

Background: Pseudomonas fluorescens are common soil bacteria that can improve plant health through nutrient cycling, pathogen antagonism and induction of plant defenses. The genome sequences of strains SBW25 and Pf0-1 were determined and compared to each other and with P. fluorescens Pf-5. A functional genomic in vivo expression technology (IVET) screen provided insight into genes used by P. fluorescens in its natural environment and an improved understanding of the ecological significance of diversity within this species. Results: Comparisons of three P. fluorescens genomes (SBW25, Pf0-1, Pf-5) revealed considerable divergence: 61% of genes are shared, the majority located near the replication origin. Phylogenetic and average amino acid identity analyses showed a low overall relationship. A functional screen of SBW25 defined 125 plant-induced genes including a range of functions specific to the plant environment. Orthologues of 83 of these exist in Pf0-1 and Pf-5, with 73 shared by both strains. The P. fluorescens genomes carry numerous complex repetitive DNA sequences, some resembling Miniature Inverted-repeat Transposable Elements (MITEs). In SBW25, repeat density and distribution revealed 'repeat deserts' lacking repeats, covering approximately 40% of the genome. Conclusions: P. fluorescens genomes are highly diverse. Strain-specific regions around the replication terminus suggest genome compartmentalization. The genomic heterogeneity among the three strains is reminiscent of a species complex rather than a single species. That 42% of plant-inducible genes were not shared by all strains reinforces this conclusion and shows that ecological success requires specialized and core functions. The diversity also indicates the significant size of genetic information within the Pseudomonas pan genome.

The impact of genome defense on mobile elements in Microbotryum

Repeat induced point mutation (RIP), a mechanism causing hypermutation of repetitive DNA sequences in fungi, has been described as a ‘genome defense’ which functions to inactivate mobile elements and inhibit their deleterious effects on genome stability. Here we address the interactions between RIP and transposable elements in the Microbotryum violaceum species complex. Ten strains of M. violaceum, most of which belong to different species of the fungus, were all found to contain intragenomic populations of copia-like retrotransposons. Intragenomic DNA sequence variation among the copia-like elements was analyzed for evidence of RIP. Among species with RIP, there was no significant correlation between the frequency of RIP-induced mutations and inferred transposition rate based on diversity. Two strains of M. violaceum, from two different plant species but belonging to the same fungal lineage, contained copia-like elements with very low diversity, as would result from a high transposition rate, and these were also unique in showing no evidence of the hypermutation patterns indicative of the RIP genome defense. In this species, evidence of RIP was also absent from a Class II helitron-like transposable element. However, unexpectedly the absolute repetitive element load was lower than in other strains.

Heterochromatin, Sex Chromosomes and rRNA Gene Clusters in Coprophanaeus Beetles (Coleoptera, Scarabaeidae)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Karyotypic conservatism in five species of Prochilodus (Characiformes, Prochilodontidae) disclosed by cytogenetic markers

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Karyotypic and morphological divergence between two cryptic species of Eigenmannia in the Amazon basin with a new occurrence of XX/XY sex chromosomes (Gymnotiformes: Sternopygidae)

Espécies de Eigenmannia estão amplamente distribuídas na região Neotropical, com oito espécies válidas atualmente reconhecidas. Populações de Eigenmannia de três localidades do leste da Amazônia foram investigadas usando técnicas citogenéticas e morfológicas, revelando dois táxons designados aqui comoEigenmannia sp. "A" e Eigenmannia sp. "B". As espécies diferem em três caracteres morfométricos, dois merísticos e um osteológico. Eigenmannia sp. "A" apresenta 2n = 34 (22 m/sm+12st/a) e Eigenmannia sp. "B" apresenta 2n = 38 (14 m/sm+24st/a) e cromossomos sexuais de diferenciação simples, do tipo XX/XY. Em ambas espécies a Heterocromatina Constitutiva (HC) rica em bases A-T está distribuída na região centromérica de todos os cromossomos. Eigenmannia sp. "B" também apresenta blocos de HC na região intersticial dos pares cromossômicos 8, 9 e X que coraram positivamente para CMA₃, indicando regiões ricas em G-C. A NOR está localizada no braço curto do par 17 em Eigenmannia sp. "A" e no braço curto do par 14 em Eigenmannia sp. "B". FISH com sondas de rDNA hibridizaram em regiões de tamanhos diferentes entre os homólogos, sugerindo heteromorfismo. A diferenciação do cromossomo X em Eigenmannia sp. "B" pode ser o resultado de amplificação de sequências repetitivas de DNA.

Origens dos cromossomos B em espécies de Characidium (Characiformes, Crenuchidae) baseada em pintura cromossômica, sequências de rDNA e histonas

Pós-graduação em Ciências Biológicas (Genética) - IBB

Scattered organization of the histone multigene family and transposable elements in Synbranchus

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Chromosomal location of retrotransposable REX 1 in the genomes in five Prochilodus (Teleostei: Characiformes)

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

High similarity of U2 snDNA sequence between A and B chromosomes in the grasshopper Abracris flavolineata

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

Neo-sex chromosomes of Ronderosia bergi: insight into the evolution of sex chromosomes in grasshoppers

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

Karyotype characterization reveals an up and down of 45S and 5S rDNA sites in Crotalaria (Leguminosae-Papilionoideae) species of the section Hedriocarpae subsection Macrostachyae

The genus Crotalaria is one of the largest within the family Leguminosae-Papilionoideae, with more than 600 species. However, few karyotypes have been described. In the present paper, five species belonging to the section Hedriocarpae were studied (subsection Machrostachyae), in order to better understand chromosomal evolution in Crotalaria. The results reveals that all species presented 2n = 2x = 16 with symmetrical karyotypes, and slight differences in the chromosome morphology. A secondary constriction was identified at short arm of the pair 1. The 45S rDNA was mapped in the secondary constriction and adjacent heterochromatin (NOR-heterochromatin) and a minor site was identified in C. ochroleuca. The 5S rDNA was mapped linked to 45S rDNA at chromosome 1 short arm in all species. Additional sites for 5S rDNA were identified in C. pallida, C. striata and C. mucronata. Heterochromatin blocks around the centromeres are not CMA(+) neither DAPI(+). The karyotypes of the subsection Macrostachyae are characterized by an inversion at chromosome pair one in relation to previous specialized floral species analyzed. Additional sites of 45S and 5S rDNA were assumed to be a result of transposition events by different ways. The results suggest heterochromatin differentiation and the position of ribosomal genes indicates chromosomal rearrangements during evolution. Karyotype characteristics corroborate the morphological infrageneric classification.

Multiplex-Genotypisierung forensisch relevanter SNPs unter Verwendung von Microarrays auf chemisch aktivierten Glasflächen

Die Analyse tandem-repetitiver DNA-Sequenzen hat einen festen Platz als genetisches Typisierungsverfahren in den Breichen der stammesgeschichtlichen Untersuchung, der Verwandtschaftsanalyse und vor allem in der forensischen Spurenkunde, bei der es durch den Einsatz der Multiplex-PCR-Analyse von Short Tandem Repeat-Systemen (STR) zu einem Durchbruch bei der Aufklärung und sicheren Zuordnung von biologischen Tatortspuren kam. Bei der Sequenzierung des humanen Genoms liegt ein besonderes Augenmerk auf den genetisch polymorphen Sequenzvariationen im Genom, den SNPs (single nucleotide polymorphisms). Zwei ihrer Eigenschaften – das häufige Vorkommen innerhalb des humanen Genoms und ihre vergleichbar geringe Mutationsrate – machen sie zu besonders gut geeigneten Werkzeugen sowohl für die Forensik als auch für die Populationsgenetik.rnZum Ziel des EU-Projekts „SNPforID“, aus welchem die vorliegende Arbeit entstanden ist, wurde die Etablierung neuer Methoden zur validen Typisierung von SNPs in Multiplexverfahren erklärt. Die Berücksichtigung der Sensitivität bei der Untersuchung von Spuren sowie die statistische Aussagekraft in der forensischen Analyse standen dabei im Vordergrund. Hierfür wurden 52 autosomale SNPs ausgewählt und auf ihre maximale Individualisierungsstärke hin untersucht. Die Untersuchungen der ersten 23 selektierten Marker stellen den ersten Teil der vorliegenden Arbeit dar. Sie umfassen die Etablierung des Multiplexverfahrens und der SNaPshot™-Typisierungsmethode sowie ihre statistische Auswertung. Die Ergebnisse dieser Untersuchung sind ein Teil der darauf folgenden, in enger Zusammenarbeit der Partnerlaboratorien durchgeführten Studie der 52-SNP-Multiplexmethode. rnEbenfalls im Rahmen des Projekts und als Hauptziel der Dissertation erfolgten Etablierung und Evaluierung des auf der Microarray-Technologie basierenden Verfahrens der Einzelbasenverlängerung auf Glasobjektträgern. Ausgehend von einer begrenzten DNA-Menge wurde hierbei die Möglichkeit der simultanen Hybridisierung einer möglichst hohen Anzahl von SNP-Systemen untersucht. Die Auswahl der hierbei eingesetzten SNP-Marker erfolgte auf der Basis der Vorarbeiten, die für die Etablierung des 52-SNP-Multiplexes erfolgreich durchgeführt worden waren. rnAus einer Vielzahl von Methoden zur Genotypisierung von biallelischen Markern hebt sich das Assay in seiner Parallelität und der Einfachheit des experimentellen Ansatzes durch eine erhebliche Zeit- und Kostenersparnis ab. In der vorliegenden Arbeit wurde das „array of arrays“-Prinzip eingesetzt, um zur gleichen Zeit unter einheitlichen Versuchsbedingungen zwölf DNA-Proben auf einem Glasobjektträger zu typisieren. Auf der Basis von insgesamt 1419 typisierten Allelen von 33 Markern konnte die Validierung mit einem Typisierungserfolg von 86,75% abgeschlossen werden. Dabei wurden zusätzlich eine Reihe von Randbedingungen in Bezug auf das Sonden- und Primerdesign, die Hybridisierungsbedingungen sowie physikalische Parameter der laserinduzierten Fluoreszenzmessung der Signale ausgetestet und optimiert. rn