Análise bayesiana do modelo de herança monogênica no melhoramento vegetal: um exemplo com abobrinha

A common breeding strategy is to carry out basic studies to investigate the hypothesis of a single gene controlling the trait (major gene) with or without polygenes of minor effect. In this study we used Bayesian inference to fit genetic additive-dominance models of inheritance to plant breeding experiments with multiple generations. Normal densities with different means, according to the major gene genotype, were considered in a linear model in which the design matrix of the genetic effects had unknown coefficients (which were estimated in individual basis). An actual data set from an inheritance study of partenocarpy in zucchini (Cucurbita pepo L.) was used for illustration. Model fitting included posterior probabilities for all individual genotypes. Analysis agrees with results in the literature but this approach was far more efficient than previous alternatives assuming that design matrix was known for the generations. Partenocarpy in zucchini is controlled by a major gene with important additive effect and partial dominance.

Evidence for biological inheritance of the eosinophil response to internal parasites in southeastern Brazil

Uma amostra de 177 indivíduos pertencentes a 120 famílias nucleares, completas ou incompletas, de Bambui, Estado de Minas Gerais, sudeste do Brasil, foi estudada com o objetivo de apurar algumas das causas da variabilidade da taxa de eosinófilos em pessoas parasitadas por vermes intestinais com ciclo de vida extra-digestivo. A análise de segregação, aplicada aos dados sem correção para a assimetria, mostrou que a hipótese de um gene principal aditivo é consistente com os dados, enquanto que as hipóteses que supõem a ação de um gene dominante, de um gene recessivo ou ainda herança multifatorial não explicam, adequadamente, a significante agregação familial observada. A correção mais parcimoniosa para assimetria mostrou resultados semelhantes, mas não permitiu a distinção entre os modelos dominante e recessivo, embora permitisse a rejeição do modelo codominante. Considerando que esse modelo supõe ser a assimetria devida ao entrelaçamento de duas distribuições, esses resultados parecem concordar com aqueles obtidos quando os dados não foram corrigidos. Pode-se sugerir que o papel desempenhado por vários fatores genéticos independentes na resistência/suscetibilidade à infestação por helmintos seja determinado, principalmente, por suas capacidades de agir no estabelecimento de uma resposta eosinofílica.

Diversidade alélica do gene DRB3 do complexo principal de histocompatibilidade nas raças de búfalo mediterrâneo, Jafarabadi e Murrah

Pós-graduação em Zootecnia - FCAV

The full Bayesian significance test for mixture models: results in gene expression clustering

Gene clustering is a useful exploratory technique to group together genes with similar expression levels under distinct cell cycle phases or distinct conditions. It helps the biologist to identify potentially meaningful relationships between genes. In this study, we propose a clustering method based on multivariate normal mixture models, where the number of clusters is predicted via sequential hypothesis tests: at each step, the method considers a mixture model of m components (m = 2 in the first step) and tests if in fact it should be m - 1. If the hypothesis is rejected, m is increased and a new test is carried out. The method continues (increasing m) until the hypothesis is accepted. The theoretical core of the method is the full Bayesian significance test, an intuitive Bayesian approach, which needs no model complexity penalization nor positive probabilities for sharp hypotheses. Numerical experiments were based on a cDNA microarray dataset consisting of expression levels of 205 genes belonging to four functional categories, for 10 distinct strains of Saccharomyces cerevisiae. To analyze the method's sensitivity to data dimension, we performed principal components analysis on the original dataset and predicted the number of classes using 2 to 10 principal components. Compared to Mclust (model-based clustering), our method shows more consistent results.

Gene expression relationship between prostate cancer cells of Gleason 3, 4 and normal epithelial cells as revealed by cell type-specific transcriptomes

Background: Prostate cancer cells in primary tumors have been typed CD10(-)/CD13(-)/CD24(hi)/CD26(+)/CD38(lo)/CD44(-)/CD104(-). This CD phenotype suggests a lineage relationship between cancer cells and luminal cells. The Gleason grade of tumors is a descriptive of tumor glandular differentiation. Higher Gleason scores are associated with treatment failure. Methods: CD26(+) cancer cells were isolated from Gleason 3+3 (G3) and Gleason 4+4 (G4) tumors by cell sorting, and their gene expression or transcriptome was determined by Affymetrix DNA array analysis. Dataset analysis was used to determine gene expression similarities and differences between G3 and G4 as well as to prostate cancer cell lines and histologically normal prostate luminal cells. Results: The G3 and G4 transcriptomes were compared to those of prostatic cell types of non-cancer, which included luminal, basal, stromal fibromuscular, and endothelial. A principal components analysis of the various transcriptome datasets indicated a closer relationship between luminal and G3 than luminal and G4. Dataset comparison also showed that the cancer transcriptomes differed substantially from those of prostate cancer cell lines. Conclusions: Genes differentially expressed in cancer are potential biomarkers for cancer detection, and those differentially expressed between G3 and G4 are potential biomarkers for disease stratification given that G4 cancer is associated with poor outcomes. Differentially expressed genes likely contribute to the prostate cancer phenotype and constitute the signatures of these particular cancer cell types.

Identification of the Schistosoma mansoni TNF-Alpha Receptor Gene and the Effect of Human TNF-Alpha on the Parasite Gene Expression Profile

Background: Schistosoma mansoni is the major causative agent of schistosomiasis. The parasite takes advantage of host signals to complete its development in the human body. Tumor necrosis factor-alpha (TNF-alpha) is a human cytokine involved in skin inflammatory responses, and although its effect on the adult parasite's metabolism and egg-laying process has been previously described, a comprehensive assessment of the TNF-alpha pathway and its downstream molecular effects is lacking. Methodology/Principal Findings: In the present work we describe a possible TNF-alpha receptor (TNFR) homolog gene in S. mansoni (SmTNFR). SmTNFR encodes a complete receptor sequence composed of 599 amino acids, and contains four cysteine-rich domains as described for TNFR members. Real-time RT-PCR experiments revealed that SmTNFR highest expression level is in cercariae, 3.5 (+/- 0.7) times higher than in adult worms. Downstream members of the known human TNF-alpha pathway were identified by an in silico analysis, revealing a possible TNF-alpha signaling pathway in the parasite. In order to simulate parasite's exposure to human cytokine during penetration of the skin, schistosomula were exposed to human TNF-alpha just 3 h after cercariae-to-schistosomula in vitro transformation, and large-scale gene expression measurements were performed with microarrays. A total of 548 genes with significantly altered expression were detected, when compared to control parasites. In addition, treatment of adult worms with TNF-alpha caused a significantly altered expression of 1857 genes. Interestingly, the set of genes altered in adults is different from that of schistosomula, with 58 genes in common, representing 3% of altered genes in adults and 11% in 3 h-old early schistosomula. Conclusions/Significance: We describe the possible molecular elements and targets involved in human TNF-alpha effect on S. mansoni, highlighting the mechanism by which recently transformed schistosomula may sense and respond to this host mediator at the site of cercarial penetration into the skin.

Using biplots to interpret gene expression patterns in plants

Sum: Plant biologists in fields of ecology, evolution, genetics and breeding frequently use multivariate methods. This paper illustrates Principal Component Analysis (PCA) and Gabriel's biplot as applied to microarray expression data from plant pathology experiments. Availability: An example program in the publicly distributed statistical language R is available from the web site (www.tpp.uq.edu.au) and by e-mail from the contact. Contact: scott.chapman@csiro.au.

CDKN2A is not the principal target of deletions on the short arm of chromosome 9 in neuroendocrine (Merkel cell) carcinoma of the skin

The majority of small-cell lung cancers (SCLCs) express p16 but not pRb, Given our previous study showing loss of pRb in Merkel cell carcinoma (MCC)/neuroendocrine carcinoma of the skin and the clinicopathological similarities between SCLC acid MCC, we wished to determine if this was also the case in MCC, Twenty-nine MCC specimens from 23 patients were examined for deletions at 10 loci on 9p and I on 9p. No loss of heterozygosity (LO H) was peen in 9 patients including 2 for which tumour and cell line DNAs were examined. Four patients had LOH for all informative loci on 9p, Ten tumours showed more limited regions of loss on 9p, and from these 2 common regions of deletion were determined, Half of all informative cases had LOH at D95168, the most telomeric marker examined, and 3 specimens showed loss of only D9S168, A second region (InFNA-D9S126) showed L0H in 10(44%) cases, and case MCC26 showed LOH for only D9S126, implicating genes centromeric of the CDKN2A locus. No mutations in the coding regions of p16 were seen in 7 cell lines tested, and reactivity to anti-p16 antibody was seen in all Il tumour specimens examined and in 6 of 7 cell lines from 6 patients. Furthermore, all cell lines examined reacted with anti-p 14' antibody, These results suggest that neither transcript of the CDKN2A locus is the target of deletions on 9p in MCC and imply the existence of tumour-suppressor genes mapping both centromeric and telomeric of this locus. (C) 2001 Wiley-Liss, Inc.

Genetic variability in cultivated common bean beyond the two major gene pools

It is generally accepted that two major gene pools exist in cultivated common bean (Phaseolus vulgaris L.), a Middle American and an Andean one. Some evidence, based on unique phaseolin morphotypes and AFLP analysis, suggests that at least one more gene pool exists in cultivated common bean. To investigate this hypothesis, 1072 accessions from a common bean core collection from the primary centres of origin, held at CIAT, were investigated. Various agronomic and morphological attributes (14 categorical and 11 quantitative) were measured. Multivariate analyses, consisting of homogeneity analysis and clustering for categorical data, clustering and ordination techniques for quantitative data and nonlinear principal component analysis for mixed data, were undertaken. The results of most analyses supported the existence of the two major gene pools. However, the analysis of categorical data of protein types showed an additional minor gene pool. The minor gene pool is designated North Andean and includes phaseolin types CH, S and T; lectin types 312, Pr, B and K; and mostly A5, A6 and A4 types alpha-amylase inhibitor. Analysis of the combined categorical data of protein types and some plant categorical data also suggested that some other germplasm with C type phaseolin are distinguished from the major gene pools.

Implementação da técnica Silver In Situ Hibridization para avaliação do status do gene EGFR em doentes com CPNPC

Avaliação do estado do gene Epidermal Growth Factor Receptor (EGFR), por Silver In Situ Hibridization (SISH), tem-se destacado como biomarcador preditivo na resposta à terapêutica. O principal objectivo foi optimizar a etapa de recuperação por calor da metodologia automatizada SISH Dual-Colour, em carcinomas pulmonares fixados em formol durante 24 e 72 horas. A optimização levou a um aumento da preservação do contorno nuclear e da intensidade e contraste dos sinais para os dois tempos de fixação, permitindo avaliar o estado do EGFR em 83,3% dos casos em estudo. A SISH Dual-Colour é uma alternativa para avaliar o estado do EGFR.

Post-transcriptional regulation of HFE gene expression

Thesis presented to obtain the Ph.D. degree in Biology (Molecular Genetics), by the Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia.

Pesquisa de assinaturas de selecção de malária na região do gene humano TPI (triosefosfato isomerase)

A malária continua a ser a maior causa de doença e mortalidade no Mundo, sobretudo no continente Africano. Das cinco espécies do parasita causador de malária em humanos, Plasmodium falciparum é a mais letal. Em termos evolutivos a malária é um fenómeno recente com cerca de 10 000 anos, período onde tem atuado como importante pressão seletiva no genoma humano, contribuindo para a seleção de inúmeros polimorfismos que propiciam maior resistência ao protozoário parasita. Apesar da interação entre o parasita e o hospedeiro ser foco de inúmeros estudos, é bastante complexa e ainda está longe de ser totalmente compreendida, nomeadamente os fatores de suscetibilidade/resistência à infeção ou à doença. Este estudo teve como principal objetivo contribuir para o estudo dos polimorfismos eritrocitários associados à proteção contra a infeção malárica grave, centrando-se no gene TPI que codifica uma enzima glicolítica. Foi selecionada uma amostra populacional Africana (Moçambique) agrupada de acordo com a gravidade da doença (grupos clínicos). Fez-se o rastreio dos exões do gene TPI por SSCP, na busca de alterações no padrão de migração dos produtos amplificados, indiciadores de alterações na sequência nucleotídica que pudessem ser assinaturas de eventuais efeitos evolutivos exercidos pela malária; caracterizaram-se as variantes do promotor do gene TPI: -5A>G, -8G>A e -24T>G; e analisou-se o polimorfismo intrónico 2262 situado no intrão 5. Esta análise permitiu identificar o polimorfismo -8G>A como possível marcador associado à proteção contra a malária, observando-se diferenças estatisticamente significativas entre doentes com malária grave e não-grave [P = 0,032; OR = 0,230 (CI95%: 0,049-1,081)], quando associado ao haplótipo -5G/-8A/2262G. Através de um estudo de microssatélites nas regiões adjacentes ao gene TPI, estimou-se a antiguidade dos polimorfismos -5G>A e -8G>A, tendo-se obtido a idade de ~20 mil anos e ~14 mil anos, respetivamente. Ao nível bioquímico, o polimorfismo -8G>A poderá estar associado à acumulação celular de metilglioxal citotóxico, um potente inibidor da proliferação parasitária.

Surdez em Portugal: estudos genéticos e funcionais do gene da conexina

A surdez é a deficiência sensorial mais comum na população humana, afetando o desenvolvimento social do indivíduo afetado por esta patologia. Estima-se que 50% dos casos de deficiência auditiva podem ser evitáveis. Cerca de 1/1000 recém-nascidos apresentam surdez e 1/3 da população acima dos 65 anos é também afetada. No presente estudo, foram analisadas 19 famílias diferentes. Analisou-se ainda 399 amostras aleatórias de recém-nascidos provenientes das várias regiões de Portugal. Mutações no gene GJB2, que codifica para a Cx26, são a principal causa de surdez hereditária não sindrómica, como tal, foi analisado nos dois tipos de população em estudo, tal como o gene GJB6, que codifica para a Cx30. Nas famílias analisadas foram encontradas as mutações c.35delG, p.Met34Thr e p.R127H, no gene GJB2, as quais se contam entre as mutações mais comuns na população portuguesa. Na população aleatória foram encontradas as mutações c.35delG. p.Met34Thr e K224Q, assim como o polimorfismo F83L. Foram caracterizadas funcionalmente três mutações da Cx26 – a p.Leu213X, p.Gly160Ser e p.Gly160Cys. Verificou-se que as proteínas contendo a mutação p.Leu213X foram observadas principalmente no citoplasma, o que sugere que elas são aí retidas. O défice no seu tráfego para a membrana poderá estar relacionado com o facto de esta mutação originar um codão STOP no domínio C-terminal da proteína. As proteínas que continham a mutação p.Gly160Ser e a p.Gly160Cys são transportadas até à membrana plasmática, tal como a Cx26 selvagem. No entanto, a permeabilidade dos canais intercelulares compostos por Cx26 apresentando estas mutações não foi investigada. Este estudo contribui para o aprofundamento do conhecimento sobre a surdez hereditária e o espectro de mutações no locus DFNB1. Permitiu também a primeira caracterização funcional de três mutações da Cx26. Os estudos funcionais têm em vista a possível aplicação de terapias destinadas à recuperação da função nativa da Cx26.

Regulação epigenética de um gene de resposta a stress de frio em arroz (OsDREB1B)

O arroz (Oryza sativa L.) constitui a principal fonte de alimento para mais de metade da população mundial. O frio tem um grande impacto no desenvolvimento da planta de arroz com efeitos negativos ao nível da produtividade e economia mundial. Os mecanismos epigenéticos associados a alterações estruturais da cromatina estão envolvidos nos mecanismos de resposta das plantas a stresses abióticos. O foco do presente trabalho consistiu na compreensão da influência de fatores epigenéticos, nomeadamente de modificações de histonas, na regulação transcricional de um gene específico (OsDREB1B) envolvido na resposta de arroz ao stress de frio. O estudo da regulação epigenética deste gene envolveu a utilização de plantas de arroz com mutações em enzimas epigenéticas e drogas remodeladoras da cromatina. Neste trabalho mostramos que o gene OsDREB1B é induzido pelo stress de frio (4 °C) em todas os genótipos de arroz analisados, no entanto, a indução do gene em resposta ao stress de frio é maior em Nipponbare que em Dongjin. Nos genótipos que apresentam epimutações, nomeadamente o knockout de osdrm2 (DMT706) e de oshac704 (HAC704), o gene OsDREB1B é mais expresso que no respetivo genótipo selvagem (Dongjin), sendo que a indução da expressão em resposta ao frio foi maior em DMT706 do que em HAC704. A análise do padrão de marcas histónicas ao longo do promotor de OsDREB1B, através da imunoprecipitação da cromatina (ChIP) com anticorpos específicos, revelou que, em resposta ao frio (4ºC), Dongjin apresenta uma menor predominância da marca H3K9ac na região de -519 a -355 pares de bases (antes do ATG), enquanto que Nipponbare possui maior presença de H4K5ac na região de -280 a -121 pares de bases, sugerindo que a regulação epigenética de OsDREB1B seja influenciada pelo genótipo. No caso dos epi-mutantes (HAC704 e DMT706) registou-se um empobrecimento das marcas histónicas testadas sugerindo que a indução da expressão do OsDREB1B em reposta ao stress provocado pelo frio não depende necessariamente da presença de OsDRM2 nem de OsHAC704. Uma visão integrada da paisagem epigenética e do transcriptoma, perspetiva uma melhor compreensão dos mecanismos envolvidos na resposta da planta a condições ambientais adversas, abrindo novas linhas de trabalho no sentido de obter plantas mais tolerantes a fatores de stress.