Expressão dos genes nodC, nodW e nopP em Bradyrhizobium japonicum estirpe CPAC 15 avaliada por RT-qPCR.

Resumo O objetivo deste trabalho foi avaliar a expressão, por RT-qPCR, dos genes de nodulação nodC e nodW e do gene nopP da estirpe CPAC 15, que provavelmente atuam na infecção das raízes da soja. Foram realizados dois experimentos. No primeiro, a expressão dos genes foi avaliada nas células após a incubação com genisteína por 15 min, 1, 4 e 8 horas. Os resultados revelaram que os três genes apresentaram maior expressão imediatamente após o contato com o indutor (15 min). No segundo experimento, a bactéria foi cultivada na presença de indutores (genisteína ou exsudatos de sementes de soja) por 48 horas. A expressão dos três genes foi maior na presença de genisteína, com valores de expressão para nodC, nodW e nopP superiores ao controle. Os resultados obtidos confirmam a funcionalidade dos três genes na estirpe CPAC 15, com ênfase para o nopP, cuja funcionalidade em Bradyrhizobium japonicum foi descrita pela primeira vez. Termos para indexação: Glycine max, flavonoides, genes de nodulação, sistema de secreção tipo III

Prediction of potential novel microRNAs in soybean when in symbiosis.

MicroRNAs (miRNAs) are small molecules, noncoding proteins that are involved in many biological processes, especially in plants; among these processes is nodulation in the legume. Biological nitrogen fixation is a key process, with critical importance to the soybean crop. This study aimed to identify the potential of novel miRNAs to act during the root nodulation process. We utilized a set of transcripts that were differentially expressed in soybean roots 10 days after inoculation with Bradyrhizobium japonicum, which were obtained in a previous study, and performed a set of computational analyses that led us to select new miRNAs potentially involved in nodulation. Among these analyses, the set of transcripts were submitted to an in silico annotation of noncoding RNAs, including a search of similarity against miRNA public databases, ab initio tools for miRNA identification, structural search against miRNA families, prediction of the secondary structure of miRNA precursors, and prediction of the sequences of mature miRNAs. Subsequently, we applied filter procedures based on miRNA selections described in the literature (e.g., free energy value). In the next step, a manual curation inspection of the annotation was performed and the top candidates were selected and used for prediction of potential target genes, which were later checked manually in the database of the soybean genome. This prediction led us to the identification of 9 potential new miRNAs; among these, 4 were conserved in other plants. Moreover, we predicted their target genes might play important roles in the regulation of nodulation

Subtractive library of soybean roots in response to inoculation with Bradyrhizobium japonicum.

ABSTRACT: Soybean [Glycine max (L.) Merr.] is the most important legume cropped worldwide, with an economic value attributed mainly to the high protein content of the grain, which, in turn, demands a heavy supply of nitrogen. An environmentally friendly source of nitrogen at low cost to farmers is represented by the biological fixation of atmospheric nitrogen that takes place is association with symbiotic bacteria. For the soybean, the association occurs mainly with bacteria belonging to the species Bradyrhizobium japonicum and Bradyrhizobium elkanii, but our knowledge about gene expression associated with the symbiosis is still poor. This work - part of an effort by the Soybean Genome Consortium (Genosoja)?was conducted with the aim of achieving better understanding about the functionality of the genes expressed in soybean roots in the early stages of the interaction with B. japonicum. The study was performed with soybean plants growing under greenhouse conditions, inoculated (or not) with strain CPAC 15 (=SEMIA 5079) of B. japonicum, which is broadly used in Brazilian commercial inoculants. Total RNA was extracted, the mRNA was isolated and a subtractive library was constructed. Sequencing analysis generated 4,621,072 reads, which were assembled in 3,776 sequences, defined as the differentially expressed sequences of the inoculated versus non-inoculated treatments. The sequences were categorized according to their molecular function and grouped with representatives of antioxidant activities, molecular transduction, transporters and enzyme regulation activities, but with an emphasis on catalytic and molecular binding/signaling. RESUMO: A soja [Glycine max (L.) Merr.] é uma leguminosa de grande expressão mundial, com valor econômico atribuído, principalmente, ao teor proteico elevado dos grãos, que, por sua vez, demandam altas doses de nitrogênio. Uma fonte de nitrogênio ambientalmente favorável e de baixo custo para os agricultores é representada pela fixação biológica do nitrogênio atmosférico, que ocorre através da associação com bactérias simbióticas. Na soja, essa associação ocorre, principalmente, com bactérias das espécies Bradyrhizobium japonicum e Bradyrhizobium elkanii, mas o conhecimento sobre a expressão gênica associada com a simbiose ainda é escasso. Este trabalho ? parte integrante do Consórcio do Genoma da Soja (Genosoja) ? foi conduzido com o objetivo de obter um melhor entendimento sobre a funcionalidade dos genes expressos nas raízes de soja nos estágios iniciais da interação com B. japonicum. O estudo foi conduzido com plantas de soja cultivadas sob condições de casa de vegetação, inoculadas (ou não) com a estirpe CPAC 15 (=SEMIA 5079) de B. japonicum, utilizada em larga escala em inoculantes comerciais no Brasil. O RNA foi extraídos das raízes, o mRNA foi isolado e a biblioteca subtrativa construída. O Sequenciamento gerou 4.621.072 leituras que, após a montagem resultaram em 3.776 sequências, definidas como diferencialmente expressas dos tratamentos inoculado versus não inoculado. As sequências foram agrupadas de acordo com sua função molecular, que resultou nas categorias de atividade antioxidante, transdução molecular, transporte, regulação de atividades enzimáticas, mas com ênfase nas atividades catalíticas e de ligação/ sinalização molecular.bitstream/item/74161/1/ID-34066.pd

Desenvolvimento de sistema de genotipagem molecular, baseado em marcadores microssatélites, para determinar a identidade genética de cultivares de tabaco.

O desenvolvimento de sistemas de identificação molecular para determinar e rastrear a identidade genética de um cultivar vegetal representa um grande desafio frente aos sistemas de certificação e proteção de variedades utilizados no país, até então fundamentados em descritores fenotípicos. Além disso é uma questão estratégica para empresas detentoras de germoplasma, interessadas no desenvolvimento de ferramentas que permitam o monitoramento de pureza varietal e o rastreamento de materiais ao longo da cadeia produtiva e comercial. Entretanto, a utilização de análises de DNA para a proteção varietal ainda é limitada pela inexistência de sistemas padronizados e robustos de avaliação molecular para a maioria das espécies, a exemplo do que acontece para cultivares de tabaco (Nicotiana sp.). Esse trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de sistema de genotipagem molecular, baseado em marcadores microssatélites, para a determinação de identidade genética de cultivares de tabaco de interesse comercial para a agroindústria. Foram selecionados 32 marcadores microssatélites na literatura, de acordo com seu índice de informatividade alélica e da cobertura do genoma da espécie, sendo selecionados tanto a partir do genoma nuclear quanto do cloroplasto. Para a seleção dos marcadores mais informativos, foram testados 49 genótipos de Nicotiana tabacum, dos grupos Burley e Virginia. Para assegurar boa representatividade da diversidade alélica de cada cultivar, foram analisadas 1350 amostras, com uma média de 27,5 indivíduos para cada genótipo, analisados em bulk. O DNA foi extraído pelo método do CTAB modificado, a partir de material foliar. Os produtos de PCR foram visualizados em géis de poliacrilamida corados com brometo de etídeo, e foram utilizados marcadores de tamanho molecular para monitoramento do número e tamanho dos alelos de cada genótipo. Para os marcadores polimórficos foram calculados o Conteúdo de Informação de Polimorfismo (PIC). Para compor um sistema de genotipagem molecular robusto e informativo, foram selecionados aqueles marcadores que apresentaram padrões consistentes de amplificação e interpretação e que evidenciaram polimorfismos alélicos bem definidos entre os genótipos. Assim, dez microssatélites foram selecionados para o grupo de cultivares analisados. Tais marcadores apresentaram de 2 a 3 alelos e um PIC que variou de 0,078 a 0,5487, com média de 0,3412. Do total de marcadores analisados foi possível selecionar um grupo que evidenciou alto padrão de polimorfismo entre os genótipos testados, além de garantir uma ampla cobertura do genoma de Nicotiana tabacum. A partir do grupo de marcadores selecionados, análises de agrupamento por similaridade genotípica, de genealogia e identidade genética inequívoca de cultivares poderão ser realizadas para genótipos de interesse, fornecendo uma ferramenta estratégica em processos de certificação de pureza genética, propriedade intelectual e rastreabilidade ao longo da cadeia produtiva

Efeito da inoculação da estirpe CPAC 15 de Bradyrhizobium japonicum na expressão gênica de raízes de soja.

A estirpe CPAC 15 (=SEMIA 5079) de Bradyrhizobium japonicum é utilizada em inoculantes comerciais para a cultura da soja (Glycine max (L.) Merrill) no Brasil, devido à capacidade de fornecer todo o nitrogênio necessário para atingir altos rendimentos de grãos pelo processo de fixação biológica do nitrogênio, dispensando o uso de fertilizantes nitrogenados e resultando em uma grande economia de divisas para o País e de custos para o agricultor. Devido à importância da simbiose da soja com a CPAC 15, este trabalho objetivou analisar o efeito da inoculação com essa estirpe na expressão gênica das raízes de soja. Sementes de soja foram desinfestadas e germinadas por três dias, enquanto as bactérias foram cultivadas em meio de cultura para rizóbios até a fase exponencial de crescimento. Radículas de soja foram então inoculadas com 1 mL planta-1 de culturas contendo 107 UFC mL-1. O experimento foi conduzido em um delineamento experimental inteiramente casualizado, com três repetições inoculadas e três não inoculadas, cada uma com 20 plantas. As plantas foram cultivadas em condições controladas de casa de vegetação e, dez dias após a inoculação, as raízes foram coletadas. Procedeu-se à extração do RNA das raízes, ao isolamento do mRNA e à construção da biblioteca de cDNA através da técnica de hibridização subtrativa supressiva, onde apenas os genes expressos nas plantas pelo efeito da inoculação foram exponencialmente amplificados. Tais genes foram sequenciados através da tecnologia Illumina e, com o uso de ferramentas de bioinformática realizou-se a montagem e análise das sequências obtidas. A biblioteca resultou em 3.776 genes diferencialmente expressos. As sequências foram agrupadas de acordo com a função biológica (Gene Ontology, GO), sendo identificados genes nas seguintes categorias: processos biossintéticos; processos catabólicos; ciclo celular; processo metabólico de hormônio; localização; metabolismo de compostos nitrogenados; organização de componentes celulares; óxidoredução; regulação de processos biológicos; resposta à estímulos; resposta à estresse; metabolismo secundário e sinalização. Uma análise dos genes de cada categoria foi realizada, com a identificação de diversos genes relacionados pela primeira vez à simbiose.Resumo, 723-1

Genes Hsp20 de soja: organização no genoma e categorização entre subfamílias.

As proteínas de choque térmico (Heat Shock Proteins ? HSP) constituem um importante mecanismo de resposta, principalmente para as plantas, ao estresse de calor, e recentemente têm sido associadas a outros estresses. Os genes Hsp20 representam a classe mais abundante dentre os HSPs vegetais, mas ainda pouco se conhece sobre esses em soja. Dessa forma, o presente trabalho realizou a caracterização molecular in silico dos genes Hsp20 de soja quanto a sua organização no genoma e distribuição em subfamílias. A partir da prospecção de genes Hsp20 anotados no genoma da soja, foram identificados 76 modelos gênicos. As análises de características estruturais, como a presença do ACD (alpha chystallin domain) na C-terminal e peso molecular, além de expressão nos diferentes bancos de dados de expressão digital, demonstraram que apenas 45, dos 76 modelos gênicos iniciais, são potenciais GmHsp20 (Glycine max-Hsp20). A análise detalhada de filogenia molecular comparando com membros já identificados em Arabidopsis e arroz permitiu a categorização das 45 sequências GmHsp20 em 11 subfamílias, distribuídas no citoplasma: CI, CII, CIII, CIV, CV e CIX com 19, 6 2, 1, 2 e 1 membros, respectivamente; ou em organelas: 4 GmHsp20 de retículo endoplasmático, 3 mitocondriais, 5 cloroplasmáticos e 2 peroxíssomais. A organização no genoma da soja dos 45 Hsp20 sugere que esses estejam presentes em 17, dos 20 cromossomos da espécie. As duplicações em tandem decorridas ao longo da evolução da espécie contribuíram para o grande número de genes membros da subfamília CI

Análise do acúmulo de transcritos de ?-3-dessaturases em genótipos de soja contrastantes para o teor de ácido linolênico.

Os ácidos graxos poliinsaturados, como linoléico e linolênico, são os principais responsáveis pela alta instabilidade oxidativa a altas temperaturas do óleo destinado a frituras e à fabricação de biodiesel. A biossíntese de ácidos graxos poliinsaturados é catalisada pelas dessaturases. A -6-dessaturase converte ácido oléico (18:19) a linoléico (18:29,12) e a -3-dessaturase produz ácido linolênico (18:39,12,15) a partir de 18:29,12. Três genes principais (GmFAD3A, GmFAD3B e GmFAD3C) foram caracterizados como responsáveis pela produção de -3-dessaturase em soja. Os mecanismos precisos de regulação da produção de ácido linolênico ainda não são muito claros, o que dificulta o processo de obtenção de genótipos com baixo conteúdo desse ácido graxo. A análise molecular de mutantes de soja com baixo conteúdo de ácido linolênico poderá ajudar a elucidar tais mecanismos. Os objetivos principais deste trabalho foram determinar os níveis de mRNAs das principais -3-dessaturases, correlacionando-os com as concentrações relativas de ácidos linolênico durante a ontogenia da semente de soja em genótipos normais e mutantes. Para isso, foram utilizados três genótipos contrastantes para essa característica: A29, (~1% 18:315,12,9); N85-2176 (~3% 18:315,12,9) e Tucunaré (Variedade comercial, ~8% 18:315,12,9). As plantas foram cultivadas em casa de vegetação e suas sementes foram coletadas separadamente em 5 estádios de desenvolvimento de acordo com o peso úmido da semente: 1º estádio: 0 a 125 mg; 2º estádio: 126 a 250 mg; 3º estádio: 251 a 375 mg; 4º estádio: superior a 376 mg; 5 º estádio: semente madura. Os teores de ácidos graxos na fração óleo das sementes nos cinco estádios de desenvolvimento foram determinados por cromatografia gasosa e a expressão gênica, por PCR quantitativo, utilizando como o controle endógeno o gene da GAPDH (gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase). De modo geral, o conteúdo de 18:39,12,15 decresceu drasticamente nos estádios iniciais em todos os genótipos. No entanto, não foi observada expressão diferencial entre os genes GmFAD3A, GmFAD3B e GmFAD3C, que pudessem explicar tais alterações. O genótipo A29, seguido de N85-2176, apresentou a menor concentração de 18:39,12,15 durante todo o desenvolvimento da semente. Estes genótipos apresentaram expressão praticamente nula do gene GmFAD3A. Além disso, A29 apresentou expressão reduzida do gene GmFAD3B. Assim, pelo menos em parte, os níveis de transcritos dos genes GmFAD3A e GmFAD3B explicam as diferenças na concentração de ácidos graxos da fração óleo em A29 e N85-2176. Apoio financeiro: CNPq e CAPES

Solving security constrained optimal power flow problems:a hybrid evolutionary approach

A hybrid population-based metaheuristic, Hybrid Canonical Differential Evolutionary Particle Swarm Optimization (hC-DEEPSO), is applied to solve Security Constrained Optimal Power Flow (SCOPF) problems. Despite the inherent difficulties of tackling these real-world problems, they must be solved several times a day taking into account operation and security conditions. A combination of the C-DEEPSO metaheuristic coupled with a multipoint search operator is proposed to better exploit the search space in the vicinity of the best solution found so far by the current population in the first stages of the search process. A simple diversity mechanism is also applied to avoid premature convergence and to escape from local optima. A experimental design is devised to fine-tune the parameters of the proposed algorithm for each instance of the SCOPF problem. The effectiveness of the proposed hC-DEEPSO is tested on the IEEE 57-bus, IEEE 118-bus and IEEE 300-bus standard systems. The numerical results obtained by hC-DEEPSO are compared with other evolutionary methods reported in the literature to prove the potential and capability of the proposed hC-DEEPSO for solving the SCOPF at acceptable economical and technical levels