Molecular genetics of auxin signaling

The plant hormone auxin is a simple molecule similar to tryptophan, yet it elicits a diverse array of responses and is involved in the regulation of growth and development throughout the plant life cycle. The ability of auxin to bring about such diverse responses appears to result partly from the existence of several independent mechanisms for auxin perception. Furthermore, one prominent mechanism for auxin signal transduction involves the targeted degradation of members of a large family of transcriptional regulators that appear to participate in complex and competing dimerization networks to modulate the expression of a wide range of genes. These models for auxin signaling now offer a framework in which to test how each specific response to auxin is brought about

Molecular genetics of chicken egg quality

Faultless quality in eggs is important in all production steps, from chicken to packaging, transportation, storage, and finally to the consumer. The egg industry (specifically transportation and packing) is interested in robustness, the consumer in safety and taste, and the chicken itself in the reproductive performance of the egg. High quality is commercially profitable, and egg quality is currently one of the key traits in breeding goals. In conventional breeding schemes, the more traits that are included in a selection index, the slower the rate of genetic progress for all the traits will be. The unveiling of the genes underlying the traits, and subsequent utilization of this genomic information in practical breeding, would enhance the selection progress, especially with traits of low inheritance, genderconfined traits, or traits which are difficult to assess. In this study, two experimental mapping populations were used to identify quantitative trait loci (QTL) of egg quality traits. A whole genome scan was conducted in both populations with different sets of microsatellite markers. Phenotypic observations of albumen quality, internal inclusions, egg taint, egg shell quality traits, and production traits during the entire production period were collected. To study the presence of QTL, a multiple marker linear regression was used. Polymorphisms found in candidate genes were used as SNP (single nucleotide polymorphism) markers to refine the map position of QTL by linkage and association. Furthermore, independent commercial egg layer lines were utilized to confirm some of the associations. Albumen quality, the incidence of internal inclusions, and egg taint were first mapped with the whole genome scan and fine-mapped with subsequent analyses. In albumen quality, two distinct QTL areas were found on chromosome 2. Vimentin, a gene maintaining the mechanical integrity of the cells, was studied as a candidate gene. Neither sequencing nor subsequent analysis using SNP within the gene in the QTL analysis suggested that variation in this gene could explain the effect on albumen thinning. The same mapping approach was used to study the incidence of internal inclusions, specifically, blood and meat spots. Linkage analysis revealed one genome-wide significant region on chromosome Z. Fine-mapping exposed that the QTL overlapped with a tight junction protein gene ZO-2, and a microsatellite marker inside the gene. Sequencing of a fragment of the gene revealed several SNPs. Two novel SNPs were found to be located in a miRNA (gga-mir-1556) within the ZO-2. MicroRNA-SNP and an exonic synonymous SNP were genotyped in the populations and showed significant association to blood and meat spots. A good congruence between the experimental population and commercial breeds was achieved both in QTL locations and in association results. As a conclusion, ZO-2 and gga-mir-1556 remained candidates for having a role in susceptibility to blood and meat spot defects across populations. This is the first report of QTL affecting blood and meat spot frequency in chicken eggs, albeit the effect explained only 2 % of the phenotypic variance. Fishy taint is a disorder, which is a characteristic of brown layer lines. Marker-trait association analyses of pooled samples indicated that egg-taint and the FMO3 gene map to chicken chromosome 8 and that the variation found by sequencing in the chicken FMO3 gene was associated with the TMA content of the egg. The missense mutation in the FMO3 changes an evolutionary, highly conserved amino acid within the FMO-characteristic motif (FATGY). In conclusion, several QTL regions affecting egg quality traits were successfully detected. Some of the QTL findings, such as albumen quality, remained at the level of wide chromosomal regions. For some QTL, a putative causative gene was indicated: miRNA gga-mir-1556 and/or its host gene ZO-2 might have a role in susceptibility to blood and meat spot defects across populations. Nonetheless, fishy taint in chicken eggs was found to be caused with a substitution within a conserved motif of the FMO3 gene. This variation has been used in a breeding program to eliminate fishy-taint defects from commercial egg layer lines. Objective The objective of this thesis was to map loci affecting economically important egg quality traits in chickens and to increase knowledge of the molecular genetics of these complex traits. The aim was to find markers linked to the egg quality traits, and finally unravel the variation in the genes underlying the phenotypic variation of internal egg quality. QTL mapping methodology was used to identify chromosomal regions affecting various production and egg quality traits (I, III, IV). Three internal egg quality traits were selected for fine-mapping (II, III, IV). Some of the results were verified in independent mapping populations and present-day commercial lines (III, IV). The ultimate objective was to find markers to be applied in commercial selection programs

Molecular Genetics of T Cell Development

T cell development is guided by a complex set of transcription factors that act recursively, in different combinations, at each of the developmental choice points from T-lineage specification to peripheral T cell specialization. This review describes the modes of action of the major T-lineage-defining transcription factors and the signal pathways that activate them during intrathymic differentiation from pluripotent precursors. Roles of Notch and its effector RBPSuh (CSL), GATA-3, E2A/HEB and Id proteins, c-Myb, TCF-1, and members of the Runx, Ets, and Ikaros families are critical. Less known transcription factors that are newly recognized as being required for T cell development at particular checkpoints are also described. The transcriptional regulation of T cell development is contrasted with that of B cell development, in terms of their different degrees of overlap with the stem-cell program and the different roles of key transcription factors in gene regulatory networks leading to lineage commitment

External quality assessment of molecular biology-based methods used in laboratories of clinical chemistry and human genetics

The Reference Institute of Bioanalysis of the German Society of Clinical Chemistry has performed the first external assessment of molecular genetics methods used in medical diagnosis. The following procedures were tested: (I) DNA preparation from whole blood, (II) PCR amplification using "standard" primers, and (III) submarine agarose gel electrophoresis. Out of 50 participants, 45 returned samples for evaluation

Regulation of gene expression and its role in long-term memory and synaptic plasticity

Histories of science yet to be written will view the latter half of this century as the Age of Molecular Genetics. From a flash of insight that yielded the double helix (1) to the first genetic clone of a mammal (2), molecular genetics has invaded every aspect of biological research. Initially, this molecular-genetic onslaught was limited to species, such as bacteria, yeast, nematodes, and fruit flies, whose size and life cycle constituted an economy of scale that was advantageous to breeding (3). With the introduction of gene-knockout techniques to mice (4), however, molecular genetics now is storming mammals (5, 6). In the broadest sense, the recent paper by Guzowski and McGaugh (7) represents a vanguard of this invasion. By using antisense oligonucleotides as “pharmaceutical” disruptors of gene expression, they have liberated molecular genetics from breeding. Endogenous regulation of gene expression has been outflanked by exogenous control

The molecular genetics and cellular mechanisms underlying pulmonary arterial hypertension

Pulmonary arterial hypertension (PAH) is an incurable disorder clinically characterised by a sustained elevation of mean arterial pressure in the absence of systemic involvement. As the adult circulation is a low pressure, low resistance system, PAH represents a reversal to a foetal state. The small pulmonary arteries of patients exhibit luminal occlusion resultant from the uncontrolled growth of endothelial and smooth muscle cells. This vascular remodelling is comprised of hallmark defects, most notably the plexiform lesion. PAH may be familial in nature but the majority of patients present with spontaneous disease or PAH associated with other complications. In this paper, the molecular genetic basis of the disorder is discussed in detail ranging from the original identification of the major genetic contributant to PAH and moving on to current next-generation technologies that have led to the rapid identification of additional genetic risk factors. The impact of identified mutations on the cell is examined, particularly, the determination of pathways disrupted in disease and critical to pulmonary vascular maintenance. Finally, the application of research in this area to the design and development of novel treatment options for patients is addressed along with the future directions PAH research is progressing towards

Molecular genetics of resilience

Dissertação de Mestrado em Biologia Molecular e Genética, apresentada à Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, 2016.Defendida e aprovada em 13 de Dezembro de 2016.Trabalho de investigação realizado no Departamento de Promoção da Saúde e Prevenção de Doenças não Transmissíveis do Instituto Nacional de Saúde Doutor Ricardo Jorge, Grupo de Neurogenética e Saúde Mental (Outubro 2015 - Setembro 2016).Orientadora Astrid Moura Vicente: Departamento de Promoção da Saúde e Prevenção de Doenças não Transmissíveis do Instituto Nacional de Saúde Doutor Ricardo JorgeResilience is a personality trait defined as the capacity to adaptively overcome stress and adversity while maintaining normal psychological and physical functioning. The study of resilience is of great interest and promise as it can provide insight on the genetics that underlie some personality traits and psychiatric disorders, like post-traumatic stress disorder (PTSD) and help identify candidate genes that could potentially be used as markers for medical testing, as well as protective factors that can help promote resilience. Although the complex mechanisms that underlie resilient phenotypes are not yet fully understood, evidence suggests that an individual’s genetic make-up and the interaction with environmental factors shape the neurochemical and neurological systems, mainly the hypothalamus-pituitary-adrenal (HPA) axis, the noradrenergic system, and the serotonergic and dopaminergic systems, therefore modulating the variability in stress resilience. As such, the vast majority of the association studies relative to resilience have focused on genes linked to these systems. In this study, we genotyped 261 Portuguese individuals for genes and polymorphisms that had been formerly linked to resilience or psychiatric disorders and tested the results for association with the resilience scores previously obtained, considering as well other psychosocial characteristics. The analysis revealed an association between positive emotions and the absence of psychological symptomology associated to stress and higher resilience, which is demonstrative of the impact of a positive mind-set and a flexible biological stress response on resilience variability. After adjusting for all confounding non-genetic variables, it was also noticeable an association between the rs53576 (G>A) polymorphism of the OXTR gene, as well as the SLC6A3 40 bp VNTR and resilience, with the risk alleles of each polymorphism being associated with lower resilience, therefore indicating a functional impact of these variants on the stress response mechanism and demonstrating their influence on resilience variability. In conclusion, this study points to the influence of genetic factors as well as environmental factors on resilience, and the importance of studying these two components to truly understand this complex trait.Resiliência é a capacidade de ultrapassar situações de stress e adversidade de modo adaptativo, mantendo um funcionamento psicológico e físico normal. Como característica intrínseca, a resiliência é influenciada por variáveis externas, como a experiência pessoal e o suporte social, mas também por fatores genéticos que conferem suscetibilidade ou resistência, revelando assim a enorme complexidade por detrás da genética das variações comportamentais e doenças do foro psicológico. Embora os mecanismos subjacentes à resiliência ainda não estejam bem definidos, tudo indica que a predisposição genética do indivíduo juntamente com a interação com fatores ambientais modulam os sistemas neurológicos e neuroquímicos, nomeadamente o eixo hipotálamo-pituitária-adrenal (HPA), o sistema noradrenérgico e os sistemas serotonérgico e dopaminérgico, desta forma levando à variabilidade na resiliência ao stress. Deste modo, a maioria dos estudos de associação genética relativos a este traço psicológico têm recaído sobre os genes relacionados com estes sistemas. O eixo HPA é o coordenador central dos sistemas neuroendócrinos de resposta ao stress, tal como o sistema nervoso central, o sistema metabólico e o sistema imunitário, através de uma resposta em cascata iniciada no hipotálamo que liberta a hormona libertadora de corticotrofina (CRH), que estimula a libertação da hormona adrenocorticotropica (ACTH) por parte da pituitária, e que consequentemente estimula o córtex adrenal a libertar glucocorticoides para o sistema circulatório, proporcionando assim uma resposta adequado ao estímulo. Genes como FKBP5 e CRHR1 influenciam diretamente o eixo HPA ao regular a atividade dos glucocorticoides e de CRH, respetivamente. Por outro lado, genes como BDNF, OXTR e NPY atuam sobre estruturas reguladoras deste eixo, tal como o hipotálamo e a amígdala. O sistema nervoso central assim como o sistema nervoso simpático são responsáveis pela libertação de epinefrina e norepinefrina, estando envolvidos na regulação dos processos emocionais. Os genes MAOA e COMT são genes responsáveis pela inativação destes neurotransmissores, e como tal estão bastante envolvidos no bom funcionamento do sistema nervoso central e do sistema nervoso simpático. Por outro lado, os sistemas dopaminérgico e serotonérgico modulam a atividade do eixo HPA ao projetar tanto para as estruturas que o constituem como para as que o regulam, estando estes sistemas bastante envolvidos no processamento emocional e no controlo do estado de humor. O gene SLC6A4 é um importante determinante da neurotransmissão da serotonina ao regular o seu término e recaptação, enquanto que o gene SLC6A3 é responsável pela recaptação da dopamina, regulando assim a sua neurotransmissão. Já o gene DRD4 apresenta elevada variabilidade e codifica para um recetor de dopamina com expressão em diversas áreas do cérebro, tendo sido implicado em diversos distúrbios psiquiátricos. O estudo da resiliência e dos mecanismos a ela associados é de enorme relevância, não só porque permitem retratar e compreender melhor a genética dos traços de personalidade e dos distúrbios psiquiátricos, mas também porque a identificação de genes candidatos poderá permitir o desenvolvimento de novos marcadores para exames médicos, e a identificação de fatores protetores poderá prevenir respostas inadaptadas ao stress e assim ajudar a promover a resiliência e a saúde mental. Assim, este projeto visa compreender a genética molecular da resiliência, identificando os genes e marcadores moleculares que a ela poderão estar associados, assim como outros fatores externos que poderão influenciar este traço. Para tal, selecionou-se os genes e polimorfismos com maior evidência de estarem associados à resiliência, assim como a distúrbios psiquiátricos, nomeadamente depressão e distúrbios de ansiedade, através de uma extensa revisão bibliográfica, e identificou-se o genótipo, para os marcadores moleculares e genes selecionados, da população em estudo, 261 indivíduos portugueses, cujos componentes psicossociais já tinham sido previamente avaliados, através da aplicação de um questionário que continha a escala de resiliência de Connor-Davidson, entre outras. Para a genotipagem foram utilizados diversos métodos de biologia molecular, nomeadamente Sequenom MassArray, uma tecnologia que permite a genotipagem por espetrometria de massa, e sequenciação por método de Sanger, nos casos em que a primeira genotipagem não foi clara. Foi também utilizado para um dos polimorfismos um TaqMan® 5- nuclease assay, uma tecnologia baseada na técnica de reação em cadeia da polimerase (PCR) em que a região flanqueadora do polimorfismo é amplificada na presença de sondas de fluorescência específicas, assim como PCR seguido de eletroforese em gel de agarose, para analisar os variable number of tandem repeats (VNTRs). De seguida, a inferência estatística permitiu avaliar a associação entre o genótipo dos indivíduos e os valores de resiliência, tendo em consideração outros parâmetros que pudessem influenciar este traço. Analisámos com sucesso 39 polimorfismos, após termos submetido todos os resultados obtidos pela genotipagem a um controlo de qualidade. Os polimorfismos excluídos da análise foram, portanto os que apresentavam um desvio do equilíbrio de Hardy-Weinberg e/ou os os genótipos dos indivíduos HapMap não correspondiam ao esperado, e como tal não passaram no controlo de qualidade. Os polimorfismos que passaram no controlo de qualidade, mas que se apresentaram como monomórficos também foram excluídos da análise, visto não serem uteis para um estudo de associação. Não nos foi possível genotipar com confiança os indivíduos para os VNTRs do gene MAOA e SLC6A4, devido a um artefacto visível no que se depreende ser os indivíduos heterozigóticos, possivelmente causado pelo “reannealing” de fragmentos complementares com sequências diferentes. A análise estatística univariada revelou associações entre a existência de depressão e ansiedade e menor resiliência, enquanto que maiores níveis de educação, como estudos pós-graduados e cursos profissionais, indicavam uma maior resiliência. A análise univariada também demonstrou a ausência de associação entre a resiliência e a idade, tomar comprimidos para dormir, o género e a tensão arterial. As outras escalas aplicadas na componente psicossocial eram responsáveis por avaliar o suporte social, a felicidade subjetiva, o estado de saúde mental e a presença de sintomatologia física e psicológica associada a stress. A análise revelou que maiores níveis de felicidade subjetiva, de estado de saúde mental e a ausência de sintomatologia associada a stress sugeriam maior resiliência. Porém, verificou-se que menor suporte social estava correlacionado com maior resiliência, o que vai contra o esperado e poderá ser devido ao tamanho da amostra. De todos os genes avaliados neste estudo, a análise univariada detetou apenas uma associação entre a resiliência e um polimorfismo do gene MAOA. Porém a análise haplotípica envolvendo este polimorfismo não revelou qualquer associação, o que aponta para um falso positivo. Ao realizar uma análise multivariada, ficou evidente que emoções e humores positivos assim como a ausência de sintomatologia psicológica relacionada a stress moderam a resiliência, demonstrando como um pensamento positivo permite construir melhores mecanismos de defesa contra situações adversas, assim como é elucidativo da importância de uma resposta biológica ao stress adequada e flexível, de modo a manter um funcionamento físico e psicológico normal em contexto de adversidade. A análise multivariada também revelou uma associação entre o polimorfismo rs53576 (G>A) pertencente ao gene OXTR, demonstrando que indivíduos que possuíam duas cópias do alelo considerado de risco (A) têm menor resiliência, deste modo indicando a influência deste gene no mecanismo biológico de resposta ao stress e na variabilidade deste traço. Por último, identificou-se também uma associação entre o alelo de risco (9 repetições) do VNTR do gene SLC6A3 e menor resiliência, o que vai de encontro a estudos anteriores que indicam que este alelo leva a uma menor atividade da proteína, afetando deste modo o mecanismo de resposta ao stress, e podendo assim causar variabilidade na capacidade de ultrapassar adversidades. É de denotar que na análise genotipíca, apenas obtivemos associação com o genótipo heterozigótico, e não para o genótipo homozigótico para o alelo de risco, e que apenas a análise alélica é que nos permite confirmar a associação entre o alelo de risco e o fenótipo de resiliência. Isto terá ocorrido devido à falta de representação deste genótipo na população em estudo. Este estudo apresenta algumas limitações, nomeadamente o tamanho da amostra, que se revelou pouco representativa em alguns casos. Deverá ter-se em conta que o pretendido era analisar o impacto de cada um dos marcadores em separado, e não obter um único modelo preditivo que explicasse os valores de resiliência, e assim não sentimos necessidade de corrigir os resultados aqui apresentados para testes múltiplos, que devem ser vistos como exploratórios. É de denotar também que a resiliência é um traço extremamente complexo e que não foi possível avaliar todos os genes envolvidos nos sistemas neurológicos e neuroquímicos nem todos os fatores ambientais que poderão influenciar a resiliência, e como tal os resultados descritos aqui poderão não se revelar verdade em estudos de maiores dimensões. Em conclusão e resumidamente, o presente trabalho fornece fortes evidências da influência da composição genética, bem como outras características pessoais, na resiliência.N/