Physical linkage to drug resistance genes results in conservation of var genes among west pacific Plasmodium falciparum isolates

The multicopy var gene family encoding the variant surface antigen Plasmodium falciparum erythrocyte membrane protein 1 is highly diverse, with little overlap between different P. falciparum isolates. We report 5 var genes (varS1-varS5) that are shared at relatively high frequency among 63 genetically diverse P. falciparum isolates collected from 5 islands in the West Pacific region. The varS1, varS2, and varS3 genes were localized to the internal region on chromosome 4, similar to 200 kb from pfdhfr-ts, whereas varS4 and varS5 were mapped to an internal region of chromosome 7, within 100 kb of pfcrt. The presence of varS2 and varS3 were significantly correlated with the pyrimethamine-resistant pfdhfr genotype, whereas varS4 was strongly correlated with the chloroquine-resistant pfcrt genotype. Thus, the conservation of these var genes is the result of their physical linkage with drug-resistant genes in combination with the antimalarial drug pressure in the region.

Var transcription profiling of Plasmodium falciparum 3D7: assignment of cytoadherent phenotypes to dominant transcripts

Background: Cytoadherence of Plasmodium falciparum-infected red blood cells is mediated by var gene-encoded P. falciparum erythrocyte membrane protein-1 and host receptor preference depends in most cases on which of the 50-60 var genes per genome is expressed. Enrichment of phenotypically homogenous parasites by panning on receptor expressing cells is fundamental for the identification of the corresponding var transcript. Methods: P. falciparum 3D7 parasites were panned on several transfected CHO-cell lines and their var transcripts analysed by i) reverse transcription/PCR/cloning/sequencing using a universal DBL alpha specific oligonucleotide pair and ii) by reverse transcription followed by quantitative PCR using 57 different oligonucleotide pairs. Results: Each cytoadherence selected parasite line also adhered to untransfected CHO-745 cells and upregulation of the var gene PFD995/PFD1000c was consistently associated with cytoadherence to all but one CHO cell line. In addition, parasites panned on different CHO cell lines revealed candidate var genes which reproducibly associated to the respective cytoadherent phenotype. The transcription profile obtained by RT-PCR/cloning/sequencing differed significantly from that of RT-quantitative PCR. Conclusion: Transfected CHO cell lines are of limited use for the creation of monophenotypic cytoadherent parasite lines. Nevertheless, 3D7 parasites can be reproducibly selected for the transcription of different determined var genes without genetic manipulation. Most importantly, var transcription analysis by RT-PCR/cloning/sequencing may lead to erroneous interpretation of var transcription profiles.

Rapid turnover of Plasmodium falciparum var gene transcripts and genotypes during natural non-symptomatic infections

The var genes of Plasmodium falciparum code for the antigenically variant erythrocyte membrane proteins 1 (PfEMP1), a major factor for cytoadherence and immune escape of the parasite. Herein, we analyzed the var gene transcript turnover in two ongoing, non-symptomatic infections at sequential time points during two weeks. The number of different circulating genomes was estimated by microsatellite analyses. In both infections, we observed a rapid turnover of plasmodial genotypes and var transcripts. The rapidly changing repertoire of var transcripts could have been caused either by swift elimination of circulating var-transcribing parasites stemming from different or identical genetic backgrounds, or by accelerated switching of var gene transcription itself.

Dynamic Activation and Repression of the Plasmodium falciparum rif Gene Family and Their Relation to Chromatin Modification

The regulation of variant gene expression in Plasmodium falciparum is still only partially understood. Regulation of var genes, the most studied gene family involved in antigenic variation, is orchestrated by a dynamic pattern of inherited chromatin states. Although recent evidence pointed to epigenetic regulation of transcribed and repressed rif loci, little is known about specific on/off associated histone modifications of individual rif genes. To investigate the chromatin marks for transcribed and repressed rif loci, we cultivated parasites and evaluated the transcriptional status of chosen rif targets by qRT-PCR and performed ChIP assays using H3K9ac and H3K9me3 antibodies. We then monitored changes in the epigenetic patterns in parasites after several reinvasions and also evaluated the "poised'' mark in trophozoites and schizonts of the same erythrocytic cycle by ChIP using H3K4me2 specific antibodies. Our results show that H3K9 is acetylated in transcribed rif loci and trimethylated or even unmodified in repressed rif loci. These transcriptional and epigenetic states are inherited after several reinvasions. The poised modification H3K4me2 showed a tendency to be more present in loci in trophozoites that upon progression to schizonts strongly transcribe the respective locus. However, this effect was not consistently observed for all monitored loci. While our data show important similarities to var transcription-associated chromatin modifications, the observed swiftly occurring modifications at rif loci and the absence of H3K9 modification point to a different dynamic of recruitment of chromatin modifying enzymes.

Adherence of Plasmodium falciparum infected erythrocytes to CHO-745 cells and inhibition of binding by protein A in the presence of human serum

Adhesion of erythrocytes infected with the malaria parasite Plasmodium falciparum to human host receptors is a process associated with severe malarial pathology. A number of in vitro cell lines are available as models for these adhesive processes, including Chinese hamster ovary (CHO) cells which express the placental adhesion receptor chondroitin-4-sulphate (CSA) on their surface. CHO-745 cells, a glycosaminoglycan-negative mutant CHO cell line lacking CSA and other reported P. falciparum adhesion receptors, are often used for recombinant expression of host receptors and for receptor binding studies. In this study we show that P. falciparum-infected erythrocytes can be easily selected for adhesion to an endogenous receptor on the surface of CHO-745 cells, bringing into question the validity of using these cells as a tool for P. falciparum adhesin expression studies. The adhesive interaction between CHO-745 cells and parasitized erythrocytes described here is not mediated by the known P. falciparum adhesion receptors CSA, CD36, or ICAM-1. However, we found that CHO-745-selected parasitized erythrocytes bind normal human IgM and that adhesion to CHO-745 cells is inhibited by protein A in the presence of serum, but not in its absence, indicating a non-specific inhibitory effect. Thus, protein A, which has been used as an inhibitor for a recently described interaction between infected erythrocytes and the placenta, may not be an appropriate in vitro inhibitor for understanding in vivo adhesive interactions. (c) 2005 Australian Society for Parasitology Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Group I introns and associated homing endonuclease genes reveals a clinal structure for Porphyra spiralis var. amplifolia (Bangiales, Rhodophyta) along the Eastern coast of South America

Background: Group I introns are found in the nuclear small subunit ribosomal RNA gene (SSU rDNA) of some species of the genus Porphyra (Bangiales, Rhodophyta). Size polymorphisms in group I introns has been interpreted as the result of the degeneration of homing endonuclease genes (HEG) inserted in peripheral loops of intron paired elements. In this study, intron size polymorphisms were characterized for different Porphyra spiralis var. amplifolia (PSA) populations on the Southern Brazilian coast, and were used to infer genetic relationships and genetic structure of these PSA populations, in addition to cox2-3 and rbcL-S regions. Introns of different sizes were tested qualitatively for in vitro self-splicing. Results: Five intron size polymorphisms within 17 haplotypes were obtained from 80 individuals representing eight localities along the distribution of PSA in the Eastern coast of South America. In order to infer genetic structure and genetic relationships of PSA, these polymorphisms and haplotypes were used as markers for pairwise Fst analyses, Mantel's test and median joining network. The five cox2-3 haplotypes and the unique rbcL-S haplotype were used as markers for summary statistics, neutrality tests Tajima's D and Fu's Fs and for median joining network analyses. An event of demographic expansion from a population with low effective number, followed by a pattern of isolation by distance was obtained for PSA populations with the three analyses. In vitro experiments have shown that introns of different lengths were able to self-splice from pre-RNA transcripts. Conclusion: The findings indicated that degenerated HEGs are reminiscent of the presence of a full-length and functional HEG, once fixed for PSA populations. The cline of HEG degeneration determined the pattern of isolation by distance. Analyses with the other markers indicated an event of demographic expansion from a population with low effective number. The different degrees of degeneration of the HEG do not refrain intron self-splicing. To our knowledge, this was the first study to address intraspecific evolutionary history of a nuclear group I intron; to use nuclear, mitochondrial and chloroplast DNA for population level analyses of Porphyra; and intron size polymorphism as a marker for population genetics.

Bacillus thuringiensis var. israelensis SPS1: caracterização da região promotora de genes cry e efeito em larvas de Aedes aegypti (L.) (Diptera: Culicidae)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Bolívar y la emancipación de las colonias españolas desde los orígenes hasta 1815; obra premiada (el texto francés) por la Académie française con el premio Marcellin Guérin. Con un retrato y un mapa,

1. Orígenes de la revolución sudamericana.--2. El precursor, Miranda.--3. Bolívar.

Caracterización de la generación segregante de un híbrido de tomate con genes nor y silvestres

El objetivo del trabajo fue estudiar en la generación segregante del híbrido entre una cultivar de Lycopersicon esculentum homocigota para el gen nor y la accesión LA1385 de L. esculentum var. cerasiforme, la recombinación de caracteres productivos y de calidad de fruto a través de las metodologías de análisis multivariado. En las generaciones F1 y F2 y en los progenitores se evaluaron caracteres vegetativos y productivos (longitud de entrenudos, perímetro del tallo en las partes basal, media y apical, número de flores por inflorescencia, número de inflorescencias por planta y días a cosecha) y de calidad de fruto (peso, forma, sólidos solubles, acidez, firmeza, color y vida poscosecha). Se utilizaron las correlaciones canónicas entre los caracteres vegetativos y productivos y los de calidad de fruto y también un análisis de agrupamiento para las características del fruto, incluyendo los progenitores, la F1 y la F2. Estos análisis permitieron demostrar que las características productivas y de calidad de fruto recombinaron en la generación segregante. La vida poscosecha fue la característica de los frutos más importante para discriminar grupos en la F2. Para tres niveles de agrupamiento cada grupo de individuos F2 se comportó como alguno de los progenitores o la F1.

Herança de resistência à Colletotrichum gossypii var. cephalosporioides em algodoeiro brasileiro

A ramulose do algodoeiro (Gossypium hirsutum) causada por Colletotrichum gossypii var. cephalosporioides é responsável por danos apreciáveis no rendimento de algodão. O patógeno ataca toda a parte aérea das plantas provocando manchas nas folhas e no colmo, e superbrotamento da planta. Plantas severamente infetadas normalmente mostram nanismo. Devido a carência de informação sobre o mecanismo de resistência, o processo de produção de novas cultivares com resistência a ramulose é algo prejudicado. O objetivo do presente trabalho foi compreender o mecanismo de herança a ramulose em duas cultivares resistentes (BRS ANTARES e IAC 23) quando cruzadas com uma cultivar suscetível (STO 474). As avaliações das populações F2 e das populações de retrocruzamento demonstraram em BRS ANTARES que a resistência a ramulose é condicionada por um gene dominante, enquanto que em IAC 23 a resistência é governada por dois genes dominantes independentes, e de efeito duplicado.

The South American Plasmodium falciparum var gene repertoire is limited, highly shared and possibly lacks several antigenic types

The Plasmodium falciparum var gene family encodes large variant antigens, which are important virulence factors, and also targets of the humoral host response. The frequently observed mild outcomes of falciparum malaria in many places of the Amazon area prompted us to ask whether a globally restricted variant (var) gene repertoire is present in currently circulating and older isolates of this area. By exhaustive analysis of var gene tags from 89 isolates and clones taken during many years from all over the Brazilian Amazon, we estimate that there are probably no more than 350-430 distinct sequence types, less than for any similar sized area studied so far. Detailed analysis of the var tags from genetically distinct clones obtained from single isolates revealed restricted and redundant repertoires suggesting either a low incidence of infective bites or restricted variant gene diversity in inoculated parasites. Additionally, we found a structuring of var gene repertoires observed as a higher pairwise typing sharing in isolates from the same microregion compared to isolates from different regions. Fine analysis of translated var tags revealed that certain Distinct Sequence Identifiers (DSIDs) were differently represented in Brazilian/South American isolates when compared to datasets from other continents. By global alignment of worldwide var DBL alpha sequences and sorting in groups with more than 76% identity, 125 clusters were formed and more than half of all genes were found in nine clusters with 50 or more sequences. While Brazilian/South American sequences were represented only in 64 groups, African sequences were found in the majority of clusters. DSID type 1 related sequences accumulated almost completely in one single cluster, indicating that limited recombination occurs in these specific var gene types. These data demonstrate the so far highest pairwise type sharing values for the var gene family in isolates from all over an entire subcontinent. The apparent lack of specific sequences types suggests that the P. falciparum transmission dynamics in the whole Amazon are probably different from any other endemic region studied and possibly interfere with the parasite`s ability to efficiently diversify its variant gene repertoires. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Caracterização de genes de quitanases do entomopatógeno e acaricida Metarhizium anisopliae

O fungo entomopatogênico e acaricida Metarhizium anisopliae é patógeno de uma vasta gama de insetos, sendo extensivamente utilizado em experimentos, bem como, no controle efetivo de alguns insetos-praga. Seu potencial uso para o controle de carrapatos como Boophilus microplus é também considerável. O processo de infecção de M. anisopliae é o melhor caracterizado entre os fungos entomopatogênicos, e combina pressão mecânica, por diferenciação do apressório, síntese e secreção de enzimas hidrolíticas altamente reguladas como proteases e, provavelmente, quitinases e lipases. As quitinases em fungos também são importantes em processos que requerem digestão celular, como germinação, crescimento e ramificação das hifas e autólise, visto que a quitina é o maior constituinte da parede celular desses organismos, sendo um sistema altamente regulado. Objetivamos neste trabalho, obter mais informações sobre o sistema quitinolitico do fungo M. anisopliae var. anisopliae linhagem E6 durante o processo de infecção do hospedeiro ou na morfogênese e crescimento. Com o objetivo de analisarmos o gene chi2 de M. anisopliae E6, clonamos e caracterizamos sua seqüência genômica, incluindo a região flanqueadora 5’. O gene chi2 é interrompido por dois pequenos íntrons típicos, de 210 pb e 75 pb, respectivamente. A ORF do gene chi2 apresenta 1.545 pb e codifica uma proteína predita de 419 aminoácidos (denominada CHI2), com massa molecular estimada de 44 kDa. Um peptídeo sinal característico com sítio de clivagem no aminoácido V19 está presente. A forma madura dessa proteína tem uma massa molecular estimada de 42 kDa e um pI teórico de 4,8. Análise por Southern de DNA genômico indica cópia única de chi2 no genoma de M. anisopliae. A seqüência de consenso SXGG, correspondendo ao sítio de ligação à quitina, foi identificada e a seqüência NGFDFDIE, que compõem o domínio catalítico de quitinases, está presente em CHI2. A construção de uma árvore filogenética determinou que a quitinase CHI2 pertence a um grupo diferente daquele da CHIT42 a qual provavelmente não está envolvida na patogenicidade. Uma análise in sílico da seqüência 5’ franqueadora do gene chi2 para determinação de possíveis elementos regulatórios foi efetuada. A regulação da transcrição dos genes chit1 e chi2 em M. ansisoplaie frente a diferentes fontes de carbono e em diferentes tempos de cultivo foi analisada. Os genes chit1 e chi2 apresentaram uma expressão tardia no fungo, a partir de 30 horas. O gene chi2 foi expresso majoritariamente em cultivos com quitina e sua expressão foi reprimida por glicose. O gene chit1 foi induzido em presença de fontes de carbono facilmente assimiláveis, como glicose e NAcGlc. Ambos os genes, chit1 e chi2, apresentaram alta expressão quando a fonte de carbono já estava exaurida e o fungo estava em autólise, sugerindo o requerimento dessas enzimas nessa fase. O cDNA do chit1 foi inserido em um vetor de expressão, em ambas orientações senso e antisenso, sob regulação do promotor do gene tef1α de M. anisopliae e o terminador do gene trpC de A. nidulans. Os transformantes com o gene chit1 na orientação senso mostraram superexpressão de atividade de quitinase e o transformante com o gene na orientação antisenso apresentou uma redução na atividade de quitinase. Também construímos quatro deleções na região flanqueadora 5’ do gene chit1 fusionadas com a proteína repórter SGFP, para localizar seqüências reguladoras no promotor e, destas construções, três foram transformadas em M. anisopliae.

Expression of the sigma35 and cry2AB genes involved in Bacillus thuringiensis virulence

Muitos genes estão envolvidos nos mecanismos de esporulação da bactéria Bacillus thuringiensis. A regulação e expressão desses genes resultam em uma produção massiva da proteína Cry, responsável pela morte das larvas de muitos insetos. Neste trabalho monitorou-se a expressão de genes de Bacillus thuringiensis, ao longo de três fases de seu desenvolvimento. Foram construídos macroarrays de DNA dos genes selecionados, cujas seqüências estão disponibilizadas no GenBank. Estes genes foram hibridizados com cDNAs obtidos de B. thuringiensis kurstaki HD-1. As sondas de cDNA foram sintetizadas a partir da transcrição reversa do RNA da bactéria, extraído durante as fases de crescimento logarítmico, estacionária e esporulativa, marcadas com 33PadCTP. A expressão diferencial encontrada foi significativa para dois genes de B.thuringiensis, um relacionado aos fatores sigma (sigma35) e outro ao gene cry (cry2Ab). Detectaram-se diferenças entre as médias de expressão do fator sigma e do gene cry2Ab. Os valores máximos de expressão diferencial foram obtidos para o gene codificador do fator sigma35 na fase log e na fase esporulativa. Na análise de médias observou-se expressão do gene cry2Ab apenas na fase log; no entanto, de forma bem mais baixa quando comparado com a expressão de sigma35, nas três fases.

Identificação de genes cry de Bacillus thuringiensis no controle de Sphenophorus levis, o bicudo da cana-de-açúcar

A bactéria B. thuringiensis caracteriza-se pela produção de proteínas tóxicas a representantes de diversas ordens de insetos, as quais são codificadas por genes cry. Este trabalho foi realizado com objetivo de selecionar isolados de B. thuringiensis, por meio da caracterização morfológica e molecular, identificando as diferentes subclasses dos genes cry3 e cry35 e determinar a patogenicidade contra Sphenophorus levis, uma das mais importantes pragas da cultura da cana-de-açúcar. Foram utilizados 1163 isolados de B. thuringiensis e com a observação em microscópio com contraste de fases foram confirmadas como pertencentes à espécie de B. thuringiensis. O material genético foi purificado pela matriz de troca iônica Instagene Matrix e submetido a PCR com iniciadores gerais cry3 e cry35 identificando-se 30 isolados contendo genes com potencial para o controle de coleópteros, os quais juntamente com as linhagens-padrão de B. thuringiensis var. tenebrionis, B. thuringiensis var. morrissone e B. thuringiensis var. tolworthi foram utilizados para a realização do bioensaio. Através de análise discriminante alocaram-se os isolados em quatro grupos quanto à toxicidade de B. thuringiensis. Os grupos ficaram assim definidos: um grupo que promovem até 10% de mortalidade contendo as testemunhas e duas linhagens;um grupo que causou 39% de mortalidade contendo três linhagens padrão e dez isolados; um grupo com 52% de mortalidade contendo treze isolados e um grupo com 70% de mortalidade contendo cinco isolados, os quais devem ser considerados promissores no controle biológico de S. levis.

Seleção simultânea de caracteres em progênies de Pinus caribaea Morelet var. bahamensis

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