Avaliação in silico do transcriptoma do café = identificação de SNPs e inferência de mecanismos de regulação da expressão gênica
Ramon Oliveira Vidal
TESE
Português
T/UNICAMP V667a
[In silico analysis of the coffee transcriptome]
Campinas, SP : [s.n.], 2010.
136 p. : il.
Orientador: Gonçalo Amarante Guimarães Pereira
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia
Resumo: O café é uma das culturas mais importantes do mundo, sendo consumido mundialmente e com significativa participação na economia em países em desenvolvimento. Coffea arabica e Coffea canephora são responsáveis por 70% e 30% da produção comercial, respectivamente. Análise citogenética indicou...
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Resumo: O café é uma das culturas mais importantes do mundo, sendo consumido mundialmente e com significativa participação na economia em países em desenvolvimento. Coffea arabica e Coffea canephora são responsáveis por 70% e 30% da produção comercial, respectivamente. Análise citogenética indicou que C. arabica é uma planta alotetraploide autógama formada por uma hibridação (1 milhão de anos atrás) entre os diplóides C. canephora e Coffea eugenioides. C.
eugenioides é uma espécie silvestre que cresce em maiores altitudes próximo das bordas de florestas e produz poucas e pequenas sementes com baixo teor de cafeína. Por outro lado, C. canephora é alógama e cresce melhor em terras baixas, é também caracterizada por maior produtividade, maior tolerância a pragas e maior teor de cafeína, mas tem uma bebida considerada de qualidade inferior em comparação com a produzida por C. arabica. Durante a última década, algumas iniciativas de pesquisa têm sido lançadas para produzir dados genômicos
e transcritômicos de algumas espécies de café. Esta coleção de ESTs representa uma boa visão do transcriptoma de C. arabica e C. canephora, sendo um importante recurso para análise molecular dessas espécies. Este trabalho teve como objetivo obter mais informações sobre algumas espécies do gênero Coffea, incluindo a estrutura dos genes, análise de expressão e identificação de genes e famílias gênicas que são específicos ou expandidos em café. Além disso, também foi proposto estudar a regulação da expressão gênica nos genes homeólogos da alotetraploide C. arabica. A fim de investigar estes conjuntos de dados de EST foram realizadas duas montagens: (i) a primeira montagem com cada espécie individualmente, com o objetivo de fazer uma análise comparativa entre as C. arabica, C. canephora e outras culturas, e (ii) com as duas espécies de café juntas, permitindo a identificação de SNPs entre C. arabica e C. canephora, e avaliar questões evolutivas em C. arabica. A identificação dos transcritos diferencialmente expressos e novas famílias gênicas foram utilizados como ponto de partida para a correlação de características de desenvolvimento e de perfis de expressão gênica em Coffea sp.. Domínios de proteínas e análises de Gene Ontology sugerem diferenças significativas entre os dados das espécies de café analisadas, principalmente em relação a síntese de açúcares, ligação de proteínas
a nucleotídeos, retrotransposons e proteínas de resposta a estresse. A ferramenta OrthoMCL identificou as famílias de proteínas específicas ou predominante de café quando comparado com outras cinco espécies de plantas. Usando as discrepâncias de alta qualidade encontradas em ESTs sobrepostos de C. arabica e C. canephora, os perfis de diversidade de seqüência foram avaliados em ambas as espécies e utilizados para deduzir a contribuição de C. canephora e C. eugenioides na transcrição de C. arabica. A identificação de genes homeologous de C. arabica aos genomas ancestrais permitiu analisar as contribuições de expressão gênica de cada subgenoma. Nós sugerimos que este fenômeno tem uma questão importante na expressão dos genes e fisiologia de Coffea.
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eugenioides é uma espécie silvestre que cresce em maiores altitudes próximo das bordas de florestas e produz poucas e pequenas sementes com baixo teor de cafeína. Por outro lado, C. canephora é alógama e cresce melhor em terras baixas, é também caracterizada por maior produtividade, maior tolerância a pragas e maior teor de cafeína, mas tem uma bebida considerada de qualidade inferior em comparação com a produzida por C. arabica. Durante a última década, algumas iniciativas de pesquisa têm sido lançadas para produzir dados genômicos
e transcritômicos de algumas espécies de café. Esta coleção de ESTs representa uma boa visão do transcriptoma de C. arabica e C. canephora, sendo um importante recurso para análise molecular dessas espécies. Este trabalho teve como objetivo obter mais informações sobre algumas espécies do gênero Coffea, incluindo a estrutura dos genes, análise de expressão e identificação de genes e famílias gênicas que são específicos ou expandidos em café. Além disso, também foi proposto estudar a regulação da expressão gênica nos genes homeólogos da alotetraploide C. arabica. A fim de investigar estes conjuntos de dados de EST foram realizadas duas montagens: (i) a primeira montagem com cada espécie individualmente, com o objetivo de fazer uma análise comparativa entre as C. arabica, C. canephora e outras culturas, e (ii) com as duas espécies de café juntas, permitindo a identificação de SNPs entre C. arabica e C. canephora, e avaliar questões evolutivas em C. arabica. A identificação dos transcritos diferencialmente expressos e novas famílias gênicas foram utilizados como ponto de partida para a correlação de características de desenvolvimento e de perfis de expressão gênica em Coffea sp.. Domínios de proteínas e análises de Gene Ontology sugerem diferenças significativas entre os dados das espécies de café analisadas, principalmente em relação a síntese de açúcares, ligação de proteínas
a nucleotídeos, retrotransposons e proteínas de resposta a estresse. A ferramenta OrthoMCL identificou as famílias de proteínas específicas ou predominante de café quando comparado com outras cinco espécies de plantas. Usando as discrepâncias de alta qualidade encontradas em ESTs sobrepostos de C. arabica e C. canephora, os perfis de diversidade de seqüência foram avaliados em ambas as espécies e utilizados para deduzir a contribuição de C. canephora e C. eugenioides na transcrição de C. arabica. A identificação de genes homeologous de C. arabica aos genomas ancestrais permitiu analisar as contribuições de expressão gênica de cada subgenoma. Nós sugerimos que este fenômeno tem uma questão importante na expressão dos genes e fisiologia de Coffea.
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Abstract: Coffee is one of the most important crops in the world, being worldwide consumed and having significant participation in under development economies. Coffea arabica and Coffea canephora are responsible for 70% and 30% of commercial production, respectively. Cytogenetic analysis established...
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Abstract: Coffee is one of the most important crops in the world, being worldwide consumed and having significant participation in under development economies. Coffea arabica and Coffea canephora are responsible for 70% and 30% of commercial production, respectively. Cytogenetic analysis established that C. arabica is an autogamous alotetraploid formed by a recent (1 mya) hybridization between the diploids C. canephora and Coffea eugenioides. C. eugenioides is a wild species which grows in higher altitudes near forest edges, and produces few berries with small beans of low caffeine content. On the other hand, C. canephora is alogamous and grows better in lowlands. It is also characterized by higher productivity, more tolerance to pests, and higher caffeine content, but it has an inferior beverage compared with C. arabica. During the last decade, research initiatives have been launched to produce genomic and transcriptomic data about Coffea spp. This EST collection represents a good overview of C. arabica and C. canephora transcriptome, being appropriate as a resource for Coffea molecular analysis. This work aimed to obtain further information about Coffea spp. gene structure and expression and to identify genes that are specific or expanded in coffee plants. Moreover, it also intended to study the homeologous gene expression regulation in the alotetraploid C. arabica. In order to investigate these data two different EST assemblies were performed: (i) with each species individually, aiming the comparative analysis between the C. arabica, C. canephora and other crops; and (ii) with both coffee species together, allowing the identification of SNPs between C. arabica and one of its direct ancestors C. canephora and the examination of evolutive issues in C. arabica. The identification of differentially expressed transcrip ts and new gene families offered a starting point for the correlation of gene expression profil es and Coffea sp. development traits. Protein domain and Gene Ontology analyzes suggested significant differences between the data of coffee species analyzed, mainly in relation to complex sugar synthases, nucleotide binding proteins, retrotransposons and stress response. OrthoMCL tool identified specific or prevalent coffee protein families when compared with other five plant species. Using the high quality discrepancies, found in overlapped ESTs from C. arabica and C. canephora, sequence diversity profiles were evaluated within both species and used to deduce the transcript contribution of the C. canephora and C. eugenioides ancestors in the C. arabica. The assignment of the C. arabica homeologous genes to the ancestral genomes allowed us to analyze gene expression contributions of each subgenome. We suggest that this phenomenon has an important issue in Coffea gene expression and physiology.
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Pereira, Gonçalo Amarante Guimarães, 1964-
Orientador
Marraccini, Pierre
Avaliador
Brandão, Marcelo Mendes, 1974-
Avaliador
Mazzafera, Paulo, 1961-
Avaliador
Yamagishi, Michel Eduardo Beleza
Avaliador
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Ramon Oliveira Vidal
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