Identificação de genes MUTM em BACs da cana-de-açucar e caracterização preliminar destes genes e seus promotores

Sugarcane has an importance in Brazil due to sugar and biofuel production. Considering this aspect, there is basic research being done in order to understand its physiology to improve production. The aim of this research is the Base Excision Repair pathway, in special the enzyme MUTM DNA-glycosylase (formamidopyrimidine) which recognizes oxidized guanine in DNA. The sugarcane scMUTM genes were analyzed using four BACs (Bacterial Artificial Chromosome) from a sugarcane genomic library from R570 cultivar. The resulted showed the presence in the region that had homology to scMUTM the presence of transposable elements. Comparing the similarity, it was observed a highest similarity to Sorghum bicolor sequence, both nucleotide and peptide sequences. Furthermore, promoter regions from MUTM genes in some grass showed different cis-regulatory elements, among which, most were related to oxidative stress, suggesting a gene regulation by oxidative stress

Identificação de genes MUTM em BACs da cana-de-açucar e caracterização preliminar destes genes e seus promotores

Sugarcane has an importance in Brazil due to sugar and biofuel production. Considering this aspect, there is basic research being done in order to understand its physiology to improve production. The aim of this research is the Base Excision Repair pathway, in special the enzyme MUTM DNA-glycosylase (formamidopyrimidine) which recognizes oxidized guanine in DNA. The sugarcane scMUTM genes were analyzed using four BACs (Bacterial Artificial Chromosome) from a sugarcane genomic library from R570 cultivar. The resulted showed the presence in the region that had homology to scMUTM the presence of transposable elements. Comparing the similarity, it was observed a highest similarity to Sorghum bicolor sequence, both nucleotide and peptide sequences. Furthermore, promoter regions from MUTM genes in some grass showed different cis-regulatory elements, among which, most were related to oxidative stress, suggesting a gene regulation by oxidative stress

Caracterização de genes de reparo de DNA em cana-de-açúcar

Sugarcane is an important culture for Brazil that holds almost half of all worldwide productivity. Plants face many challenges, because of biotic and abiotic stresses presents in the production field, which could prevent plants from reaching their genetic potential. As consequence, those stresses can generate Reactive Oxygen Species – ROS – that can cause damages on DNA. Another consequence of stress is the early-flowering process, which contributes for a reduction on yield. In this context, the aim of this work is to characterize ScMUTM1 and ScMUTM2, two DNA glycosylases belonging to base excision repair pathway; and identify genes potentially related to stress and DNA repair in two sugarcane cultivars with contrasting flowering phenotypes. The characterization of the DNA glycosylases included the construction of vector to over express the recombinant proteins ScMUTM1 and ScMUTM2; they will be used in a near future to purification of these proteins and use in enzymatic assays. It was also made a phylogenetic reconstruction of this gene in plants and analysis of its promoter. With the phylogenetic analysis, it is possible to observe the presence of these genes grouped inside a branch with monocots and another one with dicots. This suggests that the duplication of this gene probably occurred after the separation of these two groups. The analysis of the promotor of MUTM shows of the presence of stress-related regulatory motifs at ScMUTM2 promoter, when compared with ScMUTM1. This may suggests that ScMUTM1 might be suffering sub functionalization process. After the analysis of microarrays data, it is observed an up-regulation from some stress-related genes in one of the conditions analyzed, related to early flowering process.

Caracterização de genes de reparo de DNA em cana-de-açúcar

Sugarcane is an important culture for Brazil that holds almost half of all worldwide productivity. Plants face many challenges, because of biotic and abiotic stresses presents in the production field, which could prevent plants from reaching their genetic potential. As consequence, those stresses can generate Reactive Oxygen Species – ROS – that can cause damages on DNA. Another consequence of stress is the early-flowering process, which contributes for a reduction on yield. In this context, the aim of this work is to characterize ScMUTM1 and ScMUTM2, two DNA glycosylases belonging to base excision repair pathway; and identify genes potentially related to stress and DNA repair in two sugarcane cultivars with contrasting flowering phenotypes. The characterization of the DNA glycosylases included the construction of vector to over express the recombinant proteins ScMUTM1 and ScMUTM2; they will be used in a near future to purification of these proteins and use in enzymatic assays. It was also made a phylogenetic reconstruction of this gene in plants and analysis of its promoter. With the phylogenetic analysis, it is possible to observe the presence of these genes grouped inside a branch with monocots and another one with dicots. This suggests that the duplication of this gene probably occurred after the separation of these two groups. The analysis of the promotor of MUTM shows of the presence of stress-related regulatory motifs at ScMUTM2 promoter, when compared with ScMUTM1. This may suggests that ScMUTM1 might be suffering sub functionalization process. After the analysis of microarrays data, it is observed an up-regulation from some stress-related genes in one of the conditions analyzed, related to early flowering process.

Análise filogenética e funcional de dois genes de reparo homólogos a AP endonuclease em cana-de-açúcar: ScARP1 e ScARP3

The genome of all organisms constantly suffers the influence of mutagenic factors from endogenous and/or exogenous origin, which may result in damage for the genome. In order to keep the genome integrity there are different DNA repair pathway to detect and correct these lesions. In relation to the plants as being sessile organisms, they are exposed to this damage frequently. The Base Excision DNA Repair (BER) is responsible to detect and repair oxidative lesions. Previous work in sugarcane identified two sequences that were homologous to Arabidopsis thaliana: ScARP1 ScARP3. These two sequences were homologous to AP endonuclease from BER pathway. Then, the aim of this work was to characterize these two sequence using different approaches: phylogenetic analysis, in silico protein organelle localization and by Nicotiana tabacum transgenic plants with overexpression cassette. The in silico data obtained showed a duplication of this sequence in sugarcane and Poaceae probably by a WGD event. Furthermore, in silico analysis showed a new localization in nuclei for ScARP1 protein. The data obtained with transgenic plants showed a change in development and morphology. Transgenic plants had slow development when compared to plants not transformed. Then, these results allowed us to understand better the potential role of this sequence in sugarcane and in plants in general. More work is important to be done in order to confirm the protein localization and protein characterization for ScARP1 and ScARP3

Análise filogenética e funcional de dois genes de reparo homólogos a AP endonuclease em cana-de-açúcar: ScARP1 e ScARP3

The genome of all organisms constantly suffers the influence of mutagenic factors from endogenous and/or exogenous origin, which may result in damage for the genome. In order to keep the genome integrity there are different DNA repair pathway to detect and correct these lesions. In relation to the plants as being sessile organisms, they are exposed to this damage frequently. The Base Excision DNA Repair (BER) is responsible to detect and repair oxidative lesions. Previous work in sugarcane identified two sequences that were homologous to Arabidopsis thaliana: ScARP1 ScARP3. These two sequences were homologous to AP endonuclease from BER pathway. Then, the aim of this work was to characterize these two sequence using different approaches: phylogenetic analysis, in silico protein organelle localization and by Nicotiana tabacum transgenic plants with overexpression cassette. The in silico data obtained showed a duplication of this sequence in sugarcane and Poaceae probably by a WGD event. Furthermore, in silico analysis showed a new localization in nuclei for ScARP1 protein. The data obtained with transgenic plants showed a change in development and morphology. Transgenic plants had slow development when compared to plants not transformed. Then, these results allowed us to understand better the potential role of this sequence in sugarcane and in plants in general. More work is important to be done in order to confirm the protein localization and protein characterization for ScARP1 and ScARP3

Análise comparativa dos genes de reparo do DNA em Gluconacetobacter diazotrophicus e Gluconobacter oxydans

Gluconacetobacter diazotrophicus é uma alfa-proteobactéria Gram-negativa, tolerante a meios ácidos, fixadora de nitrogênio atmosférico e foi a primeira bactéria diazotrófica endofítica isolada da cana-de-açúcar. Por sua vez, Gluconobacter oxydans, também alfa-proteobactéria Gram-negativa, possui a capacidade de oxidar incompletamente alcoóis e carboidratos. Ambas de interesse biotecnológico e industrial, essas bactérias tiveram seus genomas seqüenciados completamente em 2007. Desta forma, foi de interesse desse trabalho analisar e comparar os genes de reparo do DNA devido sua importância na manutenção da integridade genômica. Sendo assim, as vias de reparo presentes nos dois organismos foram identificadas, utilizando como base uma terceira alfa-proteobactéria, a Caulobacter crescentus, cujos genes de reparo foram descritos por um trabalho anterior e também os genes bem estabelecidos para o reparo do DNA em Escherichia coli. Para esse estudo, um banco de dados contendo ortólogos para os genes de reparo de DNA encontrados nos organismos foi criado e análises comparativas por similaridade usando o pacote Blast e o software Clustal foram feitas. Este estudo demonstrou que as principais vias de reparo ao DNA reparos por excisão, reparo direto, reparo recombinacional e reparo pelo sistema SOS estão presentes nos organismos analisados, demonstrando, na maioria das vezes, boa similaridade com E. coli. Interessantemente, foram encontradas duplicações gênicas nos quais uma das cópias estava presente no cromossomo e a outra, no plasmídeo, como no caso de UvrD, DnaE e Ssb, possivelmente caracterizando eventos de transferência lateral. Por fim, uma grande novidade foi a identificação de ortólogos para RecB em G. diazotrophicus e G. oxydans e de ortólogos duplicados de RecD em G. diazotrophicus. Até o momento, não havia sido relatada a presença de membros da via de iniciação RecBCD do reparo recombinacional em alfaproteobactérias

Caracterização dos genes scMUTM1 e scMUTM2 de cana-de-açúcar

Plants are organisms sessile and because of this they are susceptible to genotoxic effects due to environmental exposure such as light [including ultraviolet (UV)], heat, drought and chemicals agents. Therefore, there are differents pathways in order to detect a lesion and correct. These pathways are not well known in plants. The MutM/Fpg protein is a DNA glycosylase that is responsible for detect and correct oxidative lesions. In the sugarcane genome, it was found two possible cDNAs that had homology to this protein: scMUTM1 and scMUTM2. The aim of this work was to characterize the role of these cDNAs in plants. In order to do this, the expression level after oxidative stress was evaluated by semiquantitative RT-PCR. Another point analyzed in order to obtain the full-length gene, it was to use a sugarcane genomic library that was hybridized with both cDNAs as a probe. It was found two clones that will bought and sequenced. The promoter region was also cloned. It was obtained sequences only for scMUTM2 promoter region. The sequences obtained were divided into six groups. It was found regulatory motifs such as TATA-box, CAAT-box, oxidative stress element response and regulatory regions that response to light. The other point analyzed was to characterize the N-terminal region by PCR constructs. These constructs have deletions at 5 region. These sequences were introduce into Escherichia coli wild type strain (CC104) and double mutant (CC104mutMmutY). The results showed that proteins with deletions of scMUTM1 N-terminal region were able to complement the Fpg and MutY-glycosylase deficiency in CC104 mutMmutY reducing the spontaneous mutation frequency

Caracterização de dois cDNAs homológos e uma AP endonuclease em cana-de-açúcar

The genome of all organisms is subject to injuries that can be caused by endogenous and environmental factors. If these lesions are not corrected, it can be fixed generating a mutation which can be lethal to the organisms. In order to prevent this, there are different DNA repair mechanisms. These mechanisms are well known in bacteria, yeast, human, but not in plants. Two plant models Oriza sativa and Arabidopsis thaliana had the genome sequenced and due to this some DNA repair genes have been characterized. The aim of this work is to characterized two sugarcane cDNAs that had homology to AP endonuclease: scARP1 and scARP3. In silico has been done with these two sequences and other from plants. It has been observed domain conservation on these sequences, but the cystein at 65 position that is a characteristic from the redox domain in APE1 protein was not so conservated in plants. Phylogenetic relationship showed two branches, one branch with dicots and monocots sequence and the other branch with only monocots sequences. Another approach in order to characterized these two cDNAs was to construct overexpression cassettes (sense and antisense orientation) using the 35S promoter. After that, these cassettes were transferred to the binary vector pPZP211. Furthermore, previously in the laboratory was obtained a plant from nicotiana tabacum containing the overexpression cassette in anti-sense orientation. It has been observed that this plant had a slow development and problems in setting seeds. After some manual crossing, some seeds were obtained (T2) and it was analyzed the T2 segregation. The third approach used in this work was to clone the promoter region from these two cDNAs by PCR walking. The sequences obtained were analyzed using the program PLANTCARE. It was observed in these sequences some motives that may be related to oxidative stress response

Avaliação de diferentes metodologias para extração de DNA de solo sob cultivo de cana-de-açúcar

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Diversidade de Bacillus thuringiensis e seus genes cry e vip em amostras metagenômicas de DNA extraído do solo com cultivo de cana-de-açúcar e solo de floresta nativa em estações climáticas diferentes

Pós-graduação em Microbiologia Agropecuária - FCAV

Composição diferencial das comunidades bacterianas na rizosfera de variedas de cana-de-açúcar

A cultura da cana-de-açúcar é de extrema importância no cenário agrícola nacional. No entanto, pouco se sabe sobre a estruturação das comunidades microbianas associadas aos solos e às rizosferas de tais plantas. O objetivo deste trabalho foi avaliar a estrutura e diversidade das comunidades de bactérias associadas ao solo e à rizosfera de seis variedades de cana-de-açúcar cultivadas no Estado de São Paulo (Brasil). As análises foram realizadas com base em métodos independentes de cultivo, em que a técnica de PCR-DGGE revelou alterações na rizosfera para os grupos de bactérias totais e também para os grupos de Alphaproteobacteria e Betaproteobacteria. Após essa análise, quatro amostras (três de rizosfera e uma de solo) foram usadas para o sequenciamento da região V6 do gene 16S DNAr na plataforma Ion Torrent TM. Essa análise gerou um total de 95.812 sequências, dentro das quais houve a predominância das afiliadas aos filos Actinobacteria, Proteobacteria e Acidobateria . Os resultados revelaram que as comunidades bacterianas na rizosfera são distintas daquelas encontradas no solo. Foi possível ainda observar efeito diferencial de plantas das variedades. Alguns grupos bacterianos apresentaram menor frequência na rizosfera (Acidobacteria ), enquanto outros se mostraram fortemente estimulados pela presença das raízes, comumente para todas as variedades (Betaproteobacteria , Nitrospora e Chloroflexi ), ou em respostas variedade-específicas (Bacilli e Sphingobacteria ).

Análise do perfil de expressão dos genes da cana-de-açúcar envolvidos na interação com Leifsonia xyli subsp: xyli

Utilizando a técnica de macroarranjos de cDNA em membranas de náilon, analisou-se o perfil de expressão de 3.575 ESTs ("Expressed Sequence Tags") de cana-de-açúcar, oriundas do projeto SUCEST, em duas variedades, uma tolerante (SP80-0185) e outra suscetível (SP70-3370) ao Raquitismo da Soqueira. Foram analisadas amostras foliares de plantas inoculadas com Leifsonia xyli subsp. xyli., agente etiológico do Raquitismo, contrastadas com plantas não inoculadas (controle), para cada variedade, marcadas com sondas de cDNA e hibridizadas contra os macroarranjos. Após as hibridizações e análises estatísticas dos dados foi possível identificar 49 ESTs com expressão alterada, sendo 44 na variedade tolerante (41 ESTs induzidos e 3 reprimidos) e 5 na variedade suscetível (2 ESTs induzidos e 3 reprimidos). Os resultados obtidos sugerem que a tolerância da variedade SP80-0185 de cana-de-açúcar à bactéria fitopatogênica pode estar relacionada com a percepção de sinais extracelulares, visto que ESTs relacionados a vias de transdução de sinais apresentaram expressão gênica induzida na variedade tolerante, os quais codificam para uma EST com similaridade à H+-ATPase da membrana plasmática, fatores de transcrição G-box, OsNAC6, "DNA binding", família MYB e "Zinc Finger" e ainda uma EST com similaridade ao fator de ligação ao G-Box, o qual corresponde a uma seqüência de DNA cis presente em vários promotores de plantas e requerido para o reconhecimento de muitos estímulos ambientais. Na variedade suscetível foi reprimido uma EST com similaridade à lipase. Esta enzima, também de membrana, faz parte da síntese do jasmonato, o qual ativa as defesas vegetais contra patógenos de plantas. Possíveis funções para os genes induzidos ou reprimidos nas cultivares de cana tolerante ou resistente ao Raquitismo são discutidas neste trabalho.

Caracterização molecular e patogênica de isolados de Xanthomonas albilineans (Ashby) Dowson, agente causal da escaldadura das folhas da cana-de-açúcar

A escaldadura das folhas, causada pela bactéria Xanthomonas albilineans (Ashby) Dowson, é uma das cinco doenças mais importantes da cana-de-açúcar e sua ocorrência reduz o rendimento e a longevidade da cultura. Variedades resistentes têm sido usadas para o controle, porém há evidências da ocorrência de variantes do patógeno. Em campos comerciais do Estado de São Paulo, tem sido observado que a mesma variedade de cana se apresenta como resistente em uma região e suscetível em outra, sugerindo a ocorrência de variantes na população do patógeno. Assim, o objetivo deste trabalho foi investigar a presença de diversidade genética da bactéria em áreas comerciais. Um total de 50 isolados foram obtidos em cultura pura a partir de plantas sintomáticas coletadas em Piracicaba (SP), Jaú (SP), região de Ribeirão Preto (SP) e Iturama (MG). Os isolados foram confirmados como pertencentes à espécie X. albilineans por meio de características de colônias, serologia e PCR com 'primers' específicos. Para caracterização da diversidade genética, foi usado o método de Rep-PCR, a partir do DNA extraído de cada isolado. Oito isolados, provenientes dos diferentes grupos identificados por rep-PCR, foram usados em testes de patogenicidade, por meio de inoculação em duas variedades de cana. Os resultados confirmaram todos os isolados como pertencentes à espécie X. albilineans. Por meio de rep-PCR, foi demonstrada diversidade genética entre os isolados, os quais foram separados em três grupos: um grupo composto somente pelos isolados de Piracicaba; um segundo, contendo todos os isolados amostrados em Jaú e na região de Ribeirão Preto, e um isolado de Iturama; e, no terceiro, somente dois isolados coletados em Iturama. Os testes de patogenicidade revelaram diferenças na agressividade entre isolados, porém sem relação com sua região de origem. Este trabalho revelou a ocorrência de diversidade genética e de agressividade dentro da espécie X. albilineans, evidenciando uma possível relação entre ocorrência de variantes do patógeno e reação de variedades de cana cultivadas no estado de São Paulo.

Comparação de dois métodos diagnósticos de escaldadura-das-folhas (Xanthomonas albilineans) da cana-de-açúcar

A escaldadura-das-folhas (Xanthomonas albilineans) é uma das principais doenças da cana-de-açúcar devido ao dano que causa e à dificuldade da sua correta identificação, especialmente quando a planta, embora infectada, não apresenta sintomas visíveis (fase latente da doença). Essa característica faz com que sua disseminação para novas áreas ocorra através do plantio de toletes aparentemente sadios. A redução na produtividade ocorre quando, em condições de stress hídrico, plantas passam a exibir sintomas crônicos e agudos da doença. Como a maioria das variedades comerciais atualmente cultivadas no Brasil são portadoras assintomáticas da doença, a correta diagnose da doença se constitui numa das principais medidas para o sucesso do controle. O presente trabalho objetivou examinar a eficiências de diferentes métodos diagnósticos de X. albilineans. Dados obtidos demonstraram que o método clássico de isolamento do patógeno em meio de cultura a partir da seiva dos internódios do colmo não foi confiável enquanto o método de amplificação por PCR detectou a bactéria em plantas com os três diferentes sintomas da doença.