Search

Among the four lineages described for Listeria monocytogenes (I, II, III, and IV), lineages I and II harbor the serotypes most closely related to listeriosis in humans. Serotypes 1/2b and 4b are associated with the majority of listeriosis outbreaks, and serotype 1/2a is frequently involved in food and processing plant contamination. As such, the present study utilizes phylogenetic analysis for the aim of determining genomic differences between two L. monocytogenes strains isolated in southern Brazil (serotypes 1/2a and 4b) and known reference strains (L. monocytogenes EGD-e and L. monocytogenes Scott A). The Illumina Miseq platform was used to perform genomic sequencing, and cluster analysis of orthologous groups facilitated the investigation of similarities and differences between the two serotypes studied. In line with previous research, the studied strains of serotypes 1/2a and 4b presented different proteins related to resistance and virulence that may represent adaptations to several conditions during its evolution.

MicroRNAs, or miRNAs, are endogenously encoded small RNAs that play a key role in diverse plant biological processes. Jatropha curcas L. has received significant attention as a potential oilseed crop for the production of renewable oil. Here, a sRNA library of mature seeds and three mRNA libraries from three different seed development stages were generated by deep sequencing to identify and characterize the miRNAs and pre-miRNAs of J. curcas. Computational analysis was used for the identification of 180 conserved miRNAs and 41 precursors (pre-miRNAs) as well as 16 novel pre-miRNAs. The predicted miRNA target genes are involved in a broad range of physiological functions, including cellular structure, nuclear function, translation, transport, hormone synthesis, defense, and lipid metabolism. Some pre-miRNA and miRNA targets vary in abundance between the three stages of seed development. A search for sequences that produce siRNA was performed, and the results indicated that J. curcas siRNAs play a role in nuclear functions, transport, catalytic processes and disease resistance. This study presents the first large scale identification of J. curcas miRNAs and their targets in mature seeds based on deep sequencing, and it contributes to a functional understanding of these miRNAs.

MicroRNAs (miRNAs) are important post-transcriptional regulators of plant development and seed formation. In Brassica napus, an important edible oil crop, valuable lipids are synthesized and stored in specific seed tissues during embryogenesis. The miRNA transcriptome of B. napus is currently poorly characterized, especially at different seed developmental stages. This work aims to describe the miRNAome of developing seeds of B. napus by identifying plantconserved and novel miRNAs and comparing miRNA abundance in mature versus developing seeds. Members of 59 miRNA families were detected through a computational analysis of a large number of reads obtained from deep sequencing two small RNA and two RNA-seq libraries of (i) pooled immature developing stages and (ii) mature B. napus seeds. Among these miRNA families, 17 families are currently known to exist in B. napus; additionally 29 families not reported in B. napus but conserved in other plant species were identified by alignment with known plant mature miRNAs. Assembled mRNA-seq contigs allowed for a search of putative new precursors and led to the identification of 13 novel miRNA families. Analysis of miRNA population between libraries reveals that several miRNAs and isomiRNAs have different abundance in developing stages compared to mature seeds. The predicted miRNA target genes encode a broad range of proteins related to seed development and energy storage. This work presents a comparative study of the miRNA transcriptome of mature and developing B. napus seeds and provides a basis for future research on individual miRNAs and their functions in embryogenesis, seed maturation and lipid accumulation in B. napus.

As plantas, por serem organismos sésseis, enfrentam persistentemente perturbações ambientais adversas denominadas estresses abióticos, sendo as mais importantes, a seca, a salinidade do solo, as temperaturas extremas e a presença de metais pesados. Em resposta, as plantas desenvolveram mecanismos de tolerância, resistência e prevenção para minimizar a influência do estresse, utilizando estratégias de curto prazo para readaptar rápida e eficientemente seu metabolismo. Neste sentido, os pequenos RNAs não codificantes (sncRNAs) são fortes candidatos para realizar este tipo de regulação. Através do sequenciamento de nova geração revelou-se o papel dos sncRNAs na regulação da expressão gênica em nível transcricional e póstranscricional. Dentre os sncRNAs, os microRNAs (miRNAs) são os mais conhecidos e os fragmentos derivados dos RNAs transportadores (tRFs) são os mais novos e com maiores perspectivas de descobertas futuras. Os miRNAs desempenham papéis regulatórios essenciais tanto no crescimento das plantas quanto no desenvolvimento e resposta ao estresse, enquanto os tRFs, em sua maioria, têm sido associados a respostas de estresse. Eugenia uniflora L., “pitanga” ou a cereja brasileira é uma árvore frutífera nativa da América do Sul que pertence à família Myrtaceae. Ela cresce em diferentes ambientes; florestas, restingas e ambientes áridos e semi-áridos no nordeste brasileiro, sendo uma espécie versátil em termos de adaptabilidade e que desempenha um papel fundamental na manutenção da vegetação costeira arbustiva. Além disso, é muito conhecida por suas propriedades medicinais que são atribuídas aos metabólitos especializados presentes nas folhas e frutos. E. uniflora representa uma fonte fascinante da biodiversidade do germoplasma e tem um grande potencial como fonte de genes para o melhoramento genético. Portanto, a compreensão dos mecanismos que conferem tolerância ao estresse nesta planta é de particular importância. Nesse contexto, o objetivo do presente trabalho é a identificação de sncRNAs (miRNAs e tRFs) por ferramentas de bioinformática e análise do padrão de expressão destes sob condições de estresse abiótico (seca e salinidade), bem como avaliação dos genes envolvidos nesta resposta. No capítulo 1, bibliotecas de DNA, pequenos RNAs (sRNAs) e RNAseq de folhas foram usadas para identificar pre-miRNAs, miRNAs maduros e potenciais alvos destes miRNAs, respectivamente. A montagem de novo do genoma permitiu identificar 38 miRNAs conservados e 28 novos miRNAs. Após a avaliação da expressão destes, 11 conservados, entre eles miR156 e miR170, mostraram variação significativa nas condições de restinga e de estresse induzido por PEG. A maioria deles foram previamente descritos em processos de estresse em outras espécies. 14 novos miRNAs foram avaliados em diferentes tecidos de pitanga mostrando variação significativa no padrão de expressão. Os alvos destes últimos miRNAs foram preditos e validados por RTqPCR. Eles correspondem a genes de fatores de transcrição e outros genes como transferases ou ATPases e demonstraram o padrão esperado oposto à expressão dos miRNAs. No capítulo 2, as mesmas bibliotecas foram usadas para identificar tRFs conservados na família das Myrtaceae. Para isso, os tRNAs de Eucalyptus grandis e E. uniflora foram anotados e os tRNAs comuns foram utilizados para o ancoramento dos sRNAs. 479 tRFs foram identificados em pitanga, na maioria com 18 nucleotídeos (nt). Um conjunto de 11 tRFs conservados em ambas espécies, assim como seus alvos, foram avaliados em condições de estresse salino e seca demonstrando diferenças significativas dependendo do tipo de estresse. Os alvos identificados correspondem a genes previamente descritos como envolvidos em estresse salino e seca para outras espécies. O presente trabalho apresenta fortes evidências do envolvimento dos miRNAs em processos de desenvolvimento e estresse, assim como dos tRFs na resposta à seca e estresse salino presente em E. uniflora. Além disso, os dados produzidos poderão ser utilizados em estudos funcionais mais aprofundados que servirão para melhor compreensão dos mecanismos de tolerância presentes nesta importante planta. Plants being sessile organisms, persistently face adverse environmental perturbations termed as abiotic stresses, most important being drought, soil salinity, extreme temperatures, and heavy metals. They developed several strategies such as tolerance, resistance, and avoidance to minimize stress influence, thus require short-term strategies to quickly and efficiently readapt their metabolism. In this sense, small non coding RNAs are strong candidates to do this kind of fine tune regulation. Next generation sequencing technologies have revealed the key role of these sncRNAs in the transcriptional and posttranscriptional gene-expression regulation. Among the myriad of new sncRNAs, miRNAs are the most known ones and the fragments derived from tRNAs (tRFs) are the newest but with high perspective ones. The miRNAs are endogenous small RNAs that play essential regulatory roles in plant growth, development and stress response. In the case of tRFs, they are mainly involved in stress response. Eugenia uniflora L., ‘pitanga’ or Brazilian cherry is a fruit tree native to South America that belongs to Myrtaceae family. It grows in several different harsh environments, including forests, restingas, near the beach, and arid and semiarid environments in the Brazilian northeast. This species is very versatile in terms of adaptability and plays a fundamental role in the maintenance of the shrubby coastal vegetation. However, this species is best-known because its medicinal properties that are attributed to specialized metabolites with known biological activities present in their leaves and fruits. E. uniflora is a fascinating reservoir of germplasm biodiversity and has great potential as a source of genes for plant breeding. Therefore, understanding the mechanisms conferring stress tolerance will be very useful. In this sense, the objective of this work is to identify sncRNAs (miRNAs and tRFs) by bioinformatic tools and to analyze their expression pattern under stress conditions as well as the genes involved in that response. In chapter 1, DNA, small RNA (sRNA) and RNAseq libraries from leaves were used to identify pre-miRNAs, mature miRNAs and potential targets of these miRNAs, respectively. De novo assembly of the genome identified 38 conserved miRNAs and 28 novel miRNAs. After evaluating their expression pattern, 11 11 conserved miRNAs, including miR156 and miR170, showed significant variation in the natural (restinga habitat) and PEG induced stress. Most of them were previously reported in stress processes. 14 novel miRNAs were evaluated in different tissues of pitanga showing significant variation in the expression pattern. The targets of the last miRNAs were predicted and validated by RT-qPCR. They were transcription factor genes and other genes such as transferases or ATPases and showed the expected opposite pattern to miRNA expression. In Chapter 2, the same libraries were used to identify conserved tRFs in the Myrtaceae family. To do this, the tRNAs of Eucalyptus grandis and E. uniflora were annotated and sRNAs mapped into them. 479 tRFs were identified in pitanga with predominance of those with 18 nucleotide length. 11 conserved tRFs in both species, as well as their targets, were evaluated under saline and drought stress conditions showing significant differences depending on the stress type. The targets were genes previously involved in saline and drought stress for other species. The present work shows strong evidences of the involvement of the miRNAs in the development and stress, as well as the tRFs in the tolerance to drought and saline stress of E. uniflora. In addition, the data could be used in more detailed functional studies that will serve to corroborate and better understand the mechanism of tolerance present in this important plant.

Araucaria angustifolia, popularmente conhecida como Pinheiro do paraná, é a principal conífera endêmica do Brasil com importância comercial, destacando-se como a principal espécie madeireira da região Sul do país no século passado. Por apresentar madeira de excelente qualidade e alto valor comercial, esta espécie foi alvo de extrativismo predatório durante décadas, sofrendo um decréscimo populacional acentuado. Atualmente, A. angustifolia é classificada como espécie criticamente ameaçada de extinção. Esta espécie tem sido alvo de diversos estudos genéticos, principalmente com foco em embriogênese somática. Recentemente, uma análise transcriptômica em estágios iniciais de desenvolvimento foi realizada a partir de dados de RNA-seq, os quais encontram-se disponíveis no NCBI. No presente estudo, esses dados foram utilizados em novas análises a fim de se obter novos recursos genéticos e genômicos em A. angustifolia. No primeiro capítulo, o transcriptoma do Pinheiro do paraná foi analisado com foco na identificação de miRNAs. Este é o primeiro estudo baseado na identificação e análise de pequenos RNAs em uma espécie da família Araucariaceae. A busca por miRNAs conservados no Pinheiro do paraná resultou na identificação de 115 sequencias representativas de 30 famílias. Um total de 106 precursores de miRNAs foram preditos, dos quais, 41 correspondem a miRNAs conservados de 16 diferentes famílias, e 65 foram anotados como novos miRNAs. A comparação das sequencias de pre-miRNAs do pinheiro do paraná com bibliotecas de pequenos RNAs de outras cinco espécies de gimnospermas indicou que 9 dos 65 novos miRNAs são conservados em gimnospermas, enquanto que 56 possivelmente são específicos do Pinheiro do paraná, do gênero Araucaria, ou da família Araucariaceae. Em outra análise comparativa, onde as sequências dos novos pre-miRNAs do Pinheiro do paraná foram alinhadas com unigenes do transcriptoma de A. cunninghamii, sete ortólogos foram identificados nessa espécie congenérica da Oceania. Uma série de miRNAs identificados por análises computacionais de predição foi validada experimentalmente através da técnica de stem-loop RT-qPCR. Nessa análise, os padrões de expressão de miRNAs novos e conservados foram analisados em cinco tecidos distintos coletados de plantas com 90 dias de crescimento. No segundo capítulo, os dados públicos de RNA-seq foram usados para determinar a sequência completa do genoma de cloroplasto (cpDNA) de A. angustifolia. O cpDNA do Pinheiro do paraná tem 146.203 pares de bases de comprimento, e abriga 122 genes, dos quais, 80 codificam 9 polipeptídios, 5 codificam RNAs ribossômicos e 37 codificam RNAs de transferência. As regiões codificantes totalizam 45,02%, sendo que 4,96% equivalem a rRNAs e tRNAs. Os genes normalmente localizados nas repetições invertidas (IRs) estão presentes em cópias únicas, com exceção dos genes rrn5 e tRNA-CAU. A estrutura típica encontrada no cpDNA de vários grupos de plantas terrestres, LSC/IR/SSC/IR, não está presente no plastoma de A. angustifolia. Análises filogenéticas baseadas no método Bayesiano e Mássima Verossimilhança, com unanimidade e alto suporte estatístico, agruparam A. angustifolia com as espécies congenéricas A. heterophylla e A. columnaris. Análises computacionais de predição de microssatélites indicaram que o cpDNA de A. angustifolia apresenta 100 SSRs, dos quais 14 correspondem a loci de tetranucleotídeos. O presente estudo apresenta aspectos importantes em relação à composição, evolução e diversidade de miRNAs de A. angustifolia, uma espécie da família Araucariaceae criticamente ameaçada de extinção. Além de novos recursos genéticos resultantes da identificação de miRNAs, o presente trabalho também apresenta novos recursos genômicos em A. angustifolia, com a montagem e anotação do genoma de cloroplasto. O cpDNA de A. angustifolia apresenta importantes características que podem ser exploradas em diferentes aspectos, como estudos de diversidade populacional, estudos filogenéticos, entre outros. Araucaria angustifolia, commonly known as Brazilian pine, is the only conifer in Brazil with economic importance and was the most important wood species from south Brazil in the past century. Representing valuable source of high-quality wood, Brazilian pine was the target of extensive exploitation activities over decades, suffering massive population decrease. Currently, this conifer is classified as critically endangered species. Brazilian pine has been targeted by some genetic studies mainly with a focus on somatic embryogenesis. Recently, an RNA-seq data were used to perform a transcriptome comparative profile analysis of early development stages, and the sequences are available at NCBI repository. Once a high-throughput sequencing data is released, it can be used in a plethora of ways beyond the original purpose, and more information can be explored in the target organism. In the present study, public RNA-seq data in combination with bioinformatic and experimental analysis were used to identify novel genetic and genomic resources in A. angustifolia. In chapter one, Brazilian pine has its transcriptome explored in respect to microRNAs, representing the first sRNA description in a member of the Araucariaceae family. The screening for conserved miRNAs in Brazilian pine revealed 115 sequences of 30 miRNA families. A total of 106 precursors sequences were predicted. 41 comprised conserved miRNAs from 16 families, whereas 65 were annotated as novel miRNAs. The comparison of Brazilian pine precursors with sRNA libraries of other five conifer species indicates that 9 out 65 novel miRNAs are conserved among gymnosperms, while 56 seem to be specific for Brazilian pine or restricted to Araucariaceae family. Another analysis comparing novel Brazilian pine miRNAs precursors and Araucaria cunninghamii RNA-seq data identified seven orthologs between both species. Mature miRNA identified by bioinformatic predictions were validated using stem-loop RT-qPCR assays. The expression pattern of conserved and novel miRNAs was analyzed in five different tissues of threemonth- old Araucaria seedlings. In chapter two, RNA-Seq data was used to determine the complete nucleotide sequence of the A. angustifolia chloroplast genome (cpDNA). The A. angustifolia cpDNA is 146,203 bp in length and contains 122 genes, including 80 protein-coding genes, 4 ribosomal RNA genes, and 36 tRNA genes. Coding regions comprise 45.02%; 4.96% correspond to rRNAs and tRNAs, and 50.02% of the genome encompasses non-coding regions. Genes found in inverted repeat (IR) are present as 11 single copy, with exceptions to rrn5 and trnI-AUG loci. The typical LSC, SSC, IRa and IRb organization reported in several land-plant groups is not present in A. angustifolia cpDNA. Phylogenetic analyses using Bayesian and Maximum Likelihood methods clustered A. angustifolia in the Araucariaceae family, with A. heterophylla and A. columnaris as congeneric species. The screening of A. angustifolia cpDNA reveled 100 SSRs, 14 of them corresponding to tetrapolymer loci. The present study provides important insights into the nature and composition of miRNAs in a critically endangered species from Araucariaceae, with valuable information on miRNA diversity and conservation in this taxon. Also, the A. angustifolia chloroplast genome assembled in the present study represents the first complete cpDNA genome sequence for this species and shows a set of features that could be further explored for population and phylogenetic studies within this group.