Marcadores Inserção/Deleção (Indel): estudo de ancestralidade e identificação humana na população brasileira

Os polimorfismos denominados Indels são variações de comprimento geradas por inserção ou deleção de um ou mais nucleotídeos em uma sequência de DNA. Estes marcadores genéticos vêm apresentando um grande potencial para fins forenses e populacionais por combinar características dos marcadores SNPs, tais como a capacidade de analisar fragmentos curtos (menores que 250pb) e baixas taxas de mutação, com a facilidade da genotipagem dos STR em uma única PCR, seguida de detecção dos fragmentos amplificados por eletroforese. Com o objetivo de avaliar a eficiência dos Indels em aplicações forenses e esclarecer os detalhes da formação de diferentes populações brasileiras através de dados genéticos, amostras populacionais de diferentes estados brasileiros foram genotipadas através de dois sistemas multiplex. O primeiro (indelplex-HID) foi otimizado para fins de Identificação Humana (HID) e inclui um grupo de 38 marcadores Indels selecionados por apresentarem altos valores de diversidade genética dentro das principais populações continentais. Já o segundo (46-AI-indels), foi selecionado para estudos de ancestralidade e é composto por um conjunto de 46 marcadores informativos de ancestralidade (AIMs). Nesse último caso, ao contrário do anterior, o sistema multiplex inclui marcadores com alta divergência nas frequências alélicas entre populações continentais. Na primeira etapa, o multiplex HID foi aplicado em uma amostra populacional do Rio de Janeiro e em uma amostra populacional dos índios Terena. Um banco de dados de frequências alélicas foi construído para essas duas amostras populacionais. Os valores das frequências alélicas foram utilizados nas comparações estatísticas e parâmetros de vínculos genéticos e forenses foram calculados. O Poder de Discriminação acumulado na população do Rio de Janeiro para os 38 loci testados foi de 0,9999999999999990 e na população dos índios Terena de 0,9999999999997, validando o uso desse sistema numa população heterogênea como a brasileira. A eficiência do indelplex-HID também mostrou-se elevada nas amostras de casos forenses comprometidas, apresentando melhor resultados que marcadores STR em termos de número de loci genotipados e de qualidade de amplificação. Na segunda etapa, o multiplex 46-AI-indels foi aplicado com objetivo de avaliar a ancestralidade em amostras de diferentes estados do Brasil por permitir a identificação de diferenças entre frequências alélicas de grupos populacionais separados geograficamente. A maioria das populações analisadas apresentou elevada herança européia. As populações do Rio de Janeiro, Pernambuco, Mato Grosso do Sul, Amazonas, Alagoas, Minas Gerais e São Paulo apresentaram cerca de 50% de ancestralidade européia, enquanto que nas populações que formam o sul do país e o Espírito Santo este percentual girou em torno de 70%. De uma maneira geral, as contribuições ameríndias e africanas variaram um pouco de acordo com a região. As amostras de Santa Isabel do Rio Negro e dos índios Terena (amostras indicadas como ameríndio-descendentes) de fato mostraram majoritariamente ancestralidade ameríndia (>70%). Os resultados obtidos indicaram que os dados gerados a partir da tipagem dos AIMs estão em estreita concordância com os registros históricos e com outros estudos genéticos acerca da formação da população brasileira e os loci do sistema HID evidenciaram que os são altamente informativos, constituindo uma ferramenta importante em estudos de identificação humana e de relações de parentesco.

The indel polymorphisms of the prion protein gene (PRNP ) in Chinese yak

Suppl. 2

Phylogenetic relationships of Cyprinidae (Teleostei : Cypriniformes) inferred from the partial S6K1 gene sequences and implication of indel sites in intron 1

The family Cyprinidae is widely distributed in East Asia, and has the important phylogenetic significance in the fish evolution. In this study, the 5' end partial sequences (containing exon 1, exon 2 and indel 1) of S6K1 gene were obtained from 30 representative species in Cyprinidae and outgroup using PCR amplification and sequencing. The phylogenetic relationships of Cyprinidae were reconstructed with neighbor joining (NJ), maximum parsimony (MP), maximum likelihood (ML), and Bayesian methods. Myxocyprinus asiaticus (Catostomidae) was assigned to the outgroup taxon. Similar phylogenetic relationships within the family Cyprinidae were achieved with the four analyses. Leuciscini and Barbini were monophyletic lineages respectively with the high nodal supports. Leuciscini comprises Hypophthalmichthyinae, Xenocyprinae, Cultrinae, Gobioninae, Acheilognathinae and East Asian species of Leuciscinae and Danioninae. Monophyly of East Asian clade was supported with high nodal support. Barbini comprises Schizothoracinae, Barbinae, Cyprininae and Labeoninae. The monophyletic lineage consisting of Danio rerio, D. myersi, and Rasbora trilineata was basal in the tree. In addition, the large fragment indels in intron 1 were analyzed to improve the understanding of Cyprinidae relationships. The results showed that the large fragment indels were correlated with the relations among species. Some conserved regions in intron 1 were thought to be involved in the functional regulation. However, no correlation was found between sequence variations and species characteristic size.

The tagged microarray marker (TAM) method for high-throughput detection of single nucleotide and indel polymorphisms

The tagged microarray marker (TAM) method allows high-throughput differentiation between predicted alternative PCR products. Typically, the method is used as a molecular marker approach to determining the allelic states of single nucleotide polymorphisms (SNPs) or insertion-deletion (indel) alleles at genomic loci in multiple individuals. Biotin-labeled PCR products are spotted, unpurified, onto a streptavidin-coated glass slide and the alternative products are differentiated by hybridization to fluorescent detector oligonucleotides that recognize corresponding allele-specific tags on the PCR primers. The main attractions of this method are its high throughput (thousands of PCRs are analyzed per slide), flexibility of scoring (any combination, from a single marker in thousands of samples to thousands of markers in a single sample, can be analyzed) and flexibility of scale (any experimental scale, from a small lab setting up to a large project). This protocol describes an experiment involving 3,072 PCRs scored on a slide. The whole process from the start of PCR setup to receiving the data spreadsheet takes 2 d.

Avaliação do polimorfismo INDEL no gene TYMS em associação a resposta quanto ao uso de fluoropirimidinas em pacientes portadores de neoplasias do trato gastrointestinal

Introdução: O câncer consiste em um problema de saúde publica mundial, com estimativa de 27 milhões de casos novos e 17 milhões de mortes por câncer no ano de 2030. No Brasil, as estimativas para o câncer no ano de 2014, apontam a ocorrência de aproximadamente 580 mil casos novos. As fluoropirimidinas são usadas nos principais esquemas quimioterápicos direcionados a tumores do trato gastrointestinal. Nos últimos anos muito se tem investigado sobre causas de respostas individuais diferenciadas em relação ao tratamento quimioterápico; dessa forma têm-se buscado uma terapia individualizada que possa maximizar a eficácia dos medicamentos e minimizar os efeitos adversos associados aos fármacos. Objetivamos buscar a associação do INDEL (rs16430) do gene TYMS com o padrão de resposta ao tratamento oncológico de fármacos com base em fluoropirimidinas, de maneira a contribuir para o desenvolvimento da medicina personalizada. Material: Estudadas 151 amostras de sangue periférico de pacientes oncológicos tratados com fluoropirimidinas, da população da região amazônica brasileira com elevado grau de mistura interétinica. Foi genotipado um polimorfismo INDEL (rs16430) no gene TYMS envolvido na resposta ao tratamento com uso de fluoropirimidinas. Resultados: A investigação relatou que a maioria dos pacientes tinha doença avançada no momento do diagnóstico; 32,7% receberam tratamento com intenção paliativa; e 22,8% tratamento neoadjuvante. Nossos resultados evidenciam que o polimorfismo INDEL no gene TYMS demonstrou ter um efeito de proteção à progressão tumoral (p=0,033). Pacientes tratados com fluoropirimidinas que eram homozigotos selvagens (INS/INS) apresentaram uma proteção à progressão tumoral de 24% comparado com outros genótipos desse polimorfismo. As estimativas de ancestralidade genômica global da amostra investigada foram: 62,4% europeia; 25,2% nativo americana e 12,4% africana. Foi possível estabelecer uma correlação inversa entre o aumento da ancestralidade ameríndia e a presença de metástase (p=0,024). Conclusão: Estudos farmacogenéticos podem proporcionar uma terapia personalizada reduzindo mortalidade por toxicidades e aumentando a eficácia terapêutica, desta forma proporcionando um tratamento oncológico com melhores resultados clínicos.

Development of type I genetic markers from expressed sequence tags in highly polymorphic species

Expressed sequence tag (EST) databases provide a primary source of nuclear DNA sequences for genetic marker development in non-model organisms. To date, the process has been relatively inefficient for several reasons: - 1) priming site polymorphism in the template leads to inferior or erratic amplification; - 2) introns in the target amplicon are too large and/or numerous to allow effective amplification under standard screening conditions, and; - 3) at least occasionally, a PCR primer straddles an exon–intron junction and is unable to bind to genomic DNA template. The first is only a minor issue for species or strains with low heterozygosity but becomes a significant problem for species with high genomic variation, such as marine organisms with extremely large effective population sizes. Problems arising from unanticipated introns are unavoidable but are most pronounced in intron-rich species, such as vertebrates and lophotrochozoans. We present an approach to marker development in the Pacific oyster Crassostrea gigas, a highly polymorphic and intron-rich species, which minimizes these problems, and should be applicable to other non-model species for which EST databases are available. Placement of PCR primers in the 3′ end of coding sequence and 3′ UTR improved PCR success rate from 51% to 97%. Almost all (37 of 39) markers developed for the Pacific oyster were polymorphic in a small test panel of wild and domesticated oysters.

Local Structural Differences in Homologous Proteins: Specificities in Different SCOP Classes

The constant increase in the number of solved protein structures is of great help in understanding the basic principles behind protein folding and evolution. 3-D structural knowledge is valuable in designing and developing methods for comparison, modelling and prediction of protein structures. These approaches for structure analysis can be directly implicated in studying protein function and for drug design. The backbone of a protein structure favours certain local conformations which include alpha-helices, beta-strands and turns. Libraries of limited number of local conformations (Structural Alphabets) were developed in the past to obtain a useful categorization of backbone conformation. Protein Block (PB) is one such Structural Alphabet that gave a reasonable structure approximation of 0.42 angstrom. In this study, we use PB description of local structures to analyse conformations that are preferred sites for structural variations and insertions, among group of related folds. This knowledge can be utilized in improving tools for structure comparison that work by analysing local structure similarities. Conformational differences between homologous proteins are known to occur often in the regions comprising turns and loops. Interestingly, these differences are found to have specific preferences depending upon the structural classes of proteins. Such class-specific preferences are mainly seen in the all-beta class with changes involving short helical conformations and hairpin turns. A test carried out on a benchmark dataset also indicates that the use of knowledge on the class specific variations can improve the performance of a PB based structure comparison approach. The preference for the indel sites also seem to be confined to a few backbone conformations involving beta-turns and helix C-caps. These are mainly associated with short loops joining the regular secondary structures that mediate a reversal in the chain direction. Rare beta-turns of type I' and II' are also identified as preferred sites for insertions.

An analysis of substitution, deletion and insertion mutations in cancer genes

Cancer-associated mutations in cancer genes constitute a diverse set of mutations associated with the disease. To gain insight into features of the set, substitution, deletion and insertion mutations were analysed at the nucleotide level, from the COSMIC database. The most frequent substitutions were c -> t, g -> a, g -> t, and the most frequent codon changes were to termination codons. Deletions more than insertions, FS (frameshift) indels more than I-F (in-frame) ones, and single-nucleotide indels, were frequent. FS indels cause loss of significant fractions of proteins. The 5'-cut in FS deletions, and 5'-ligation in FS insertions, often occur between pairs of identical bases. Interestingly, the cut-site and 3'-ligation in insertions, and 3'-cut and join-pair in deletions, were each found to be the same significantly often (p < 0.001). It is suggested that these features aid the incorporation of indel mutations. Tumor suppressors undergo larger numbers of mutations, especially disruptive ones, over the entire protein length, to inactivate two alleles. Proto-oncogenes undergo fewer, less-disruptive mutations, in selected protein regions, to activate a single allele. Finally, catalogues, in ranked order, of genes mutated in each cancer, and cancers in which each gene is mutated, were created. The study highlights the nucleotide level preferences and disruptive nature of cancer mutations.

Dramatické texty přeložené a cenzurované ve frankistickém Španělsku (šedesátá léta): divadlo a film jako kontrolovaná představení

Texto en checo. Editora de la obra Petra Vavroušová.

Utilização de sistema multiplex de marcadores do tipo INDELs em identificação humana por DNA

Os INDELs são polimorfismos de comprimento, gerados a partir de inserções e/ou deleções de um ou mais nucleotídeos. Os marcadores INDELs, que estão amplamente distribuídos pelo genoma e se caracterizam pela alta estabilidade devido à baixa taxa mutacional (10-9), podem ser analisados a partir da amplificação por PCR (Reação em Cadeia da Polimerase). A facilidade de análise e a possibilidade de construção de sistemas multiplex capazes de gerar amplicons curtos (menores que 100 pb) tornam os INDELs uma importante ferramenta para identificação humana por DNA. Para avaliar a eficiência e validar a metodologia que emprega os polimorfismos de inserção/deleção na identificação humana, utilizamos o sistema Indel-plex ID, capaz de amplificar simultaneamente 38 loci INDELs bialélicos de cromossomos autossomos. Diferentes amostras biológicas (cabelo, saliva, sangue, sêmen e urina) foram genotipadas apresentando reprodutibilidade entre todas as tipagens. A concentração mínima de DNA necessária para amplificação dos 38 loci INDELs foi de 0,5 ng. Artefatos do tipo split peaks foram observados em algumas amostras. Os produtos da PCR foram purificados em resina Sephadex proporcionando melhores condições de análise, redução de artefatos e aumento na intensidade média de fluorescência dos alelos amplificados. A eficiência do sistema Indel-plex ID na amplificação de DNA degradado foi verificada durante as análises das amostras de DNA extraídas de restos mortais (ossos e dentes). Comparativamente ao sistema Identifiler, o Indel-plex ID, se mostrou mais eficiente em termos de número de loci genotipados e qualidade de amplificação. Nas investigações de vínculos genéticos realizadas com o sistema Indel-plex ID foi possível corroborar resultados anteriores obtidos pela análise de marcadores STR. Nas análises com amostras in vivo foram obtidos valores máximos de Probabilidades de Paternidade de 99,99998%. Para casos envolvendo supostos pais falecidos, o sistema Indel-plex ID reforçou resultados obtidos com o sistema Identifiler e Minifiler. A Probabilidade de Paternidade de 99,953%, obtida com o sistema Indel-plex ID, conjugada com a Probabilidade de Paternidade de 99,957%, obtida como o sistema Minifiler, possibilitou um índice final de 99,99998%. Os resultados evidenciaram que os loci INDELs do sistema Indel-plex ID são altamente informativos, constituindo uma ferramenta importante em estudos de identificação humana e de relações de parentesco

木根麦冬rRNA基因进化的研究

木根麦冬（Ophiopogon xylorrhizus Wang et Dai）属于铃兰科（Convallariaceae）或广义百合科（Liliaceae s.l.）沿阶草族（Ophiopogoneae）沿阶草属（Ophiopogon Ker-Gawl.），属于典型的濒危植物。前人已从细胞学、种群生态学、生殖生物学和遗传结构与多样性等方面对木根麦冬进行了研究，但在分子进化和分子细胞遗传学水平上的研究近为空白。本文运用染色体的荧光原位杂交(FISH)、PCR扩增和克隆、DNA测序、系统发育重建等方法，对18S rDNA作了染色体原位定位，研究了木根麦冬的Ss rRNA基因结构特点，并重建了该基因的系统发育树，探讨了5S rRNA多基因家族的分子进化模式和木根麦冬的濒危机制。主要结果如下： 1．对木根麦冬三个居群七个个体、及其最近姐妹种林生麦冬（Ophiopogon svlvicola Wang et Tang）一个个体的5S rRNA基因进行了PCR扩增和TA克隆，在两个种中共得到1085个具有插入片段的阳性克隆。 2．对木根麦冬三个居群六个个体的294个SS rRNA基因克隆，及林生麦冬一个个体的45个克隆，总计339个克隆进行了DNA序列测定，这是目前已完成的最大的单个物种的5S rRNA数据。结果表明：两个种的序列高度多样化，在339个拷贝中仅仅有13对(3.8%)是相同的，序列长度变化在307bp-548bp之间，长度变异主要发生在间隔区，单个碱基的插入和缺失(indel)频率很高，5bp以上片段的插入，缺失有11个，插入的序列通常是其两侧序列的重复和倒位。术根麦冬序列的分化指数（sequence differentiation index，SDI）是0.078，林生麦冬是0.032，两个物种间是0.149，木根麦冬的序列之间的分化明显大于林生麦冬。 3．以PAUP程序对339个5S rRNA基因拷贝的DNA序列（包括编码区和间隔区）作了系统发育分析，结果如下：在得到一个唯一的最俭约树中，所有木根麦冬的拷贝被聚成一支，而林生麦冬的则被聚到另一支，统计支持率(bootstrap)达到lOO%，表明这两个物种所有的的5S rRNA基因拷贝分别来自各自的一个祖先拷贝（建立者拷贝），而其共同祖先的其它拷贝则在物种形成中或之后丢失：在多基因家族中如此长期而单一的拷贝偏选( sorting)过程尚未有前人报道;由此基因系统发育树可以看出，在这两个物种形成之后，“建立者拷贝”经历了多次扩增过程而形成了一个直系的（orthologous）多基因家族。 4．在木根麦冬分支中，很少有亚分支是全部由一个居群或一个个体的拷贝组成的，不同居群、不同个体的拷贝混合在同一个亚分支中;对基因系统发育树、序列多样性和序列分化指数分析表明，5S rRNA基因家族内一致化（homogeruzation）过程很弱，不同拷贝是独立进化的，这在串联．重复的多拷贝基因家族中是不寻常的;由上述分析我们推测，在术根麦冬的进化历史上，居群间的基因交流远远比今天频繁，可能是某些外在因素在近期发生变化，导致自交和自交衰退，并进而导致濒危。 5．利用荧光原位杂交技术，成功地将18S rRNA基因定位在木根麦冬减数分裂期的染色体上，两对强信号和一对弱信号分别位于三对二价体染色体上。

藏麻黄与丽江麻黄的形态及遗传变异研究

麻黄属(Ephedra)起源较早，该属植物的形态性状极度退化或简化，可用于经典分类学的有价值的性状非常有限。分布于青藏高原的藏麻黄（E. saxatilis）和丽江麻黄（E. likiangensis）二者间形态相似，性状变异连续，很难分辨，但被《中国植物志》中、英文版作两个种处理。 本文对藏麻黄和丽江麻黄的七个居群、151个个体的叶、雌球花和节间长等形态学性状进行了分析，发现各性状的变异情况在群体间无明显差异。同时我们还对154个个体的叶绿体DNA trnT-trnF和 trnS-trnfM区进行了序列分析，两个片段的联合矩阵长1382bp，共有29个变异位点，其中有9个碱基变异和2个indel，可划分为H1、H2和H3三种单倍型。这3种单倍型在丽江麻黄中均有分布，但藏麻黄仅含H1和H2。 综合来自形态学和分子方面的证据，我们发现藏麻黄和丽江麻黄的关系非常近缘，因此建议予以合并。同时本文还以膜果麻黄（E. przewalskii）为外类群，从谱系生物地理学角度探讨了三种叶绿体单倍型的进化关系，发现H2最原始，分布最广;H1与其它两种单倍型间的序列差异较大，可能是较进化的类型。此外，无性克隆的繁殖方式可能是导致Ephedra单倍型非常简单的重要原因之一。

Can the occurrence of rare insertion/deletion polymorphisms in human mtDNA be verified from phylogeny?

Due to its specific characteristics, such as maternal inheritance and absence of recombination, each mtDNA belongs to certain monophyletic clade in the rooted mtDNA tree (haplogroup) according to the mutations it harbors. Rare mutation (excluding parallel mutation) occurring at multiple times in different haplogroups could thus be a potential reading error according to the mtDNA phylogeny. This experience has been widely used in double-checking the credibility of the rare mutations in human mtDNA sequences. However, no test has been performed so far for the feasibility of applying this strategy to the rare insertion/deletion (indel) events in mtDNA sequences. In this study, we attempted to relate the rare indels in mtDNAs to their haplogroup status in a total of 2352 individuals from 50 populations in China. Our results show that the insertion of A at position 16259 is restricted to a subclade of haplogroup C and can be verified. The other indel polymorphisms, which occur in the repeat of the deleted or inserted nucleotide(s), may not be distinguished from phantom mutations from a phylogenetic point of view. Independently and multiply sequencing the fragment with the indel is the best and the most reliable way for confirmation.

Prion protein gene (PRNP) polymorphisms in native Chinese cattle

Le polymorphisme au sein de quatre regions du gene codant pour la proteine prion bovine (PRNP) confere la susceptibilite a l'encephalopathie bovine spongiforme (BSE). Ceux-ci comprennent un polymorphisme d'insertion/deletion (indel) de 23 pb dans le promoteur, un indel de 12 pb dans l'intron 1, un octapeptide repete ou un indel de 24 pb au sein du cadre de lecture, et un polymorphisme mononucleotidique (SNP) dans la region codante. Dans ce travail, les auteurs ont examine la frequence des genotypes, des alleles et des haplotypes pour ces indel au sein de 349 bovins d'origine chinoise, de meme que la sequence nucleotidique de ce gene chez 50 de ces animaux. Leurs resultats montrent que l'allele ayant la deletion de 12 pb et l'haplotype combinant la deletion de 23 pb et la deletion de 12 pb, lesquels ont ete suggeres comme etant importants pour la susceptibilite a la BSE, sont rares au sein des bovins du sud de la Chine. Une difference significative a ete observee entre les bovins affectes par la BSE et les bovins chinois sains pour ce qui est de l'indel de 12 pb. Au total, 14 SNP ont ete observes dans la region codante du gene PRNP chez les bovins chinois. Trois de ces SNP etaient associes a des changements d'acides amines (K3T, P54S et S154N). La substitution E211K qui a ete rapportee recemment chez un cas atypique de la BSE chez un bovin americain n'a pas ete detectee dans ce travail.