Analysis of the neutral and adaptive genetic variation of Colletotrichum kahawae and its relationship with the C. gloeosporioides complex

Tese de mestrado. Biologia (Biologia Humana e Ambiente). Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2010O café é uma dos produtos mais comercializados em todo o mundo, contribuindo significativamente para a economia de mais de 60 países tropicais. A sua importância a nível económico e social é patente quando se considera que centenas de milhões de pessoas dependem, directa ou indirectamente, do rendimento que esta industria lhes fornece para garantir o seu bem-estar e qualidade de vida. No entanto, a sua produção pode ser extremamente sensível a distúrbios provenientes de factores extrínsecos, tal como as doenças fúngicas, e as consequências que daí advêm acarretam efeitos socioeconómicos devastadores para muitos dos países produtores. Por outro lado, a maioria das variedades de cafeeiro actualmente cultivadas em todo o mundo, resultam de um recente período de domesticação que, apesar de ter permitido a criação de variedades extremamente produtivas e de alta qualidade, diminuiu grandemente a variabilidade genética das suas populações. Em termos práticos, tem-se reconhecido cada vez mais que este evento homogeneizador fomenta a emergência e disseminação de agentes patogénicos, facilitando a sua adaptação e transmissão entre hospedeiros. Deste modo, e dada a crescente ameaça que as doenças causadas por estes agentes patogénicos estão a gerar, torna-se essencial que as estratégias para o seu controlo incluam a maior quantidade possível de informação no que toca aos aspectos evolutivos e demográficos desses agentes, analisando as assinaturas deixadas na estrutura das suas populações e que se reflectem na variação neutral e adaptativa na A antracnose dos frutos verdes do cafeeiro, conhecida como Coffee Berry Disease, é uma devastadora doença que Coffea arabica, a espécie de cafeeiro mais importante e valiosa no mercado. Esta doença, causada pelo fungo Colletotrichum kahawae, é relativamente recente, tendo sido documentada pela primeira vez no Quénia em 1922. Desde então, tem-se disseminado por todos as regiões onde o cafeeiro Arábica é cultivado no continente Africano, onde ainda hoje se encontra confinada. No entanto, uma vez que esta doença é dada como o principal factor limitativo na produção de café Arábica neste continente, o receio da sua dispersão para outros países produtores, particularmente para América Latina, é motivo de grande preocupação. Vários estudos têm sido realizados na perspectiva de entender como é que C. kahawae surgiu e como é que as suas populações estão estruturadas, de maneira a retirar informação acerca do seu potencial patogénico, assim de como essas populações evoluíram e dispersaram ao longo do tempo e do espaço. No entanto, apesar do esforço empreendido, este agente patogénico tem revelado uma variabilidade genética extremamente baixa, o que até agora tem limitado possíveis inferências acerca da sua história evolutiva. Deste modo, a maioria da informação que se tem acerca da sua origem e disseminação baseia-se em dados históricos. Duas razões principais têm sido invocadas para explicar a uniformidade genética de C. kahawae. Em primeiro lugar, supõe-se que tenha tido uma origem recente do grupo de espécies próximo, C. gloeosporioides, e três hipóteses têm sido propostas nas quais a sua emergência terá ocorrido através de: 1) mutação a partir de uma linhagem ligeiramente patogénica de C. gloeosporioides existente em cafeeiros Arábica; 2) hibridação entre duas linhagens de C. gloeosporioides presentes nas espécies parentais de C. arabica, como C. canephora ou C. eugenioides; 3) transferência de uma das espécies parentais de C. arabica, onde estaria presente como saprófita, para se tornar um agente patogénico agressivo no cafeeiro Arábica quando este foi reintroduzido no continente africano para fins comerciais. No entanto, C. gloeosporioides é um complexo de espécies extremamente abrangente, que ocorre em mais de 1800 espécies vegetais, e tem permanecido taxonomicamente mal descrito, pelo que a simples afirmação da sua proximidade com C. kahawae traz muito pouca informação. Deste modo, a questão mais relevante que se coloca é de que linhagem dentro deste complexo terá surgido C. kahawae. A segunda razão diz respeito à assexualidade de C. kahawae. A ausência de fase sexuada, quer em meio de cultura, quer no campo, associada à sua estrutura populacional aparentemente clonal, têm sido mencionadas como evidências sugestivas da assexualidade desta espécie, embora inconclusivas. Neste aspecto, uma análise complementar útil e que tem levado a uma informação mais completa sobre o modo sexual de várias espécies de fungos, tem sido a investigação da evolução molecular dos genes que regulam a reprodução sexual, designados genes MAT, entre espécies próximas, tal como C. kahawae e C. gloeosporioides. Por outro lado, o género Colletotrichum possui um sistema genético de reconhecimento sexual único em todo o reino dos fungos, e cujo conhecimento acerca da evolução destes genes tem permanecido desconhecido. Neste trabalho, recorrendo a várias ferramentas laboratoriais e analíticas da biologia molecular, pretendeu-se cumprir dois amplos objectivos. Em primeiro lugar, desenvolver novos marcadores moleculares mais informativos do ponto de vista filogenético e filogeográfico, que pudessem ser postos em prática para concretizar o segundo objectivo, de desvendar não só as relações filogenéticas entre isolados de C. kahawae e de C. gloeosporioides, mas também a diversidade genética e estrutura populacional de C. kahawae, de maneira a se poderem realizar inferências acerca da sua origem e dispersão. Neste trabalho foi conseguido com sucesso o desenvolvimento de seis novos marcadores moleculares na região genómica Apn1/MAT, que se revelaram extremamente variáveis e mais informativos que os marcadores tradicionalmente usados. Usando uma amostragem representativa de 22 isolados de várias espécies dentro do complexo C. gloeosporioides e incluindo C. kahawae, aplicaram-se estes novos marcadores, verificando-se que o aumento do nível de resolução das relações evolutivas entre espécies, e até entre populações, era extremamente significativo. Um dos marcadores desenvolvidos, que compreende uma região inter-génica, revelou um potencial singular em termos informativos, permitindo por si só uma inferência filogenética equivalente à concatenação de sete marcadores. Por outro lado, uma vez que o tempo de divergência entre várias espécies próximas dentro de complexos tende a ser muito reduzido, detectou-se ainda uma presença acentuada do fenómeno de lineage sorting incompleto, que tem como uma consequência a discordância entre as topologias das árvores filogenéticas reconstruídas a partir dos vários marcadores utilizados. Salienta-se deste modo, ser essencial o uso de marcadores de vários loci no genoma para a resolução deste problema. Com base na selecção dos loci mais variáveis, analisou-se um total de 85 isolados, compreendendo uma extensa amostragem de isolados provenientes de uma vasta área onde C. kahawae é encontrado, assim como uma selecção representativa de isolados de C. gloeosporioides de Coffea spp. e de outros hospedeiro. Utilizando um conjunto de seis marcadores moleculares (ITS, β-tub2, ApMAT, Apn15L, MAT1-2-1 e MAT5L) e recorrendo a abordagens analíticas filogenéticas e filogeográficas, os resultados obtidos revelaram uma divergência muito superior ao esperada entre C. kahawae e isolados de C. gloeosporioides de cafeeiros, o que não suportava a hipótese de uma origem recente. Por outro lado, uma linhagem de C. gloeosporioides proveniente de Mangifera indica apresentou uma relação filogenética extremamente próxima com C. kahawae, ainda que biologicamente fosse uma espécie distinta devido à sua incapacidade de causar sintomas de antracnose nos frutos verdes. Estes dados sugerem que o agente patogénico, C. kahawae, possa ter emergido saltando de um hospedeiro diferente para os cafeeiros, ao contrário do pensamento corrente em que C. kahawae evoluiu e emergiu do género Coffea. Por outro lado, foi também possível desvendar alguma variação genética dentro de C. kahawae, distinguindo-se três grupos de haplótipos que estavam intimamente relacionados e estruturados de acordo com a sua distribuição geográfica. Reconstruindo o estado ancestral desses três grupos e com base na amostragem utilizada, verificou-se que o grupo da região Angolana era o mais ancestral, enquanto os isolados do Quénia e de outras regiões do Este Africano eram derivados desse grupo. Estes resultados vêm contrariar a ideia actual da origem de C. kahawae centrada no Quénia e sugerem uma hipótese alternativa, que aparentemente não é suportada e dificilmente seria prevista à luz dos dados históricos disponíveis. No entanto, a origem assumida para C. kahawae baseia-se na premissa de que este emergiu a partir de espécies de cafeeiros, o que pode não corresponder à realidade e que de alguma forma fornece uma possível explicação para o padrão evolutivo encontrado no nosso estudo. Finalmente, com a mesma amostragem, foi realizada uma análise da evolução molecular do gene MAT, MAT1-2-1, baseada em modelos estatísticos de máxima verosimilhança (Maximum likelihood), que se revelou que este gene parece estar sob uma intensa selecção purificadora, possivelmente devido a uma função biológica importante. Apesar disso, dois haplótipos separados por uma mutação não-sinónima foram encontrados nos grupos de C. kahawae, revelando a inesperada presença de duas proteinas diferentes ao nível da sequência de aminoácidos numa espécie tão geneticamente uniforme. Apesar de não se conseguir excluir a hipótese uma variação fenotípica neutral, este evento pode sugerir que esta proteína tenha um papel adaptativo a nível populacional dentro de C. kahawae. No geral, este trabalho cumpriu os objectivos a que foi proposto, revelando resultados inesperados e que irão certamente requerer uma investigação futura para apurar as hipóteses aqui levantadas. Espera-se assim que ele venha a ter impacto na comunidade científica interessada nesta doença e agente patogénico e que venha a estimular futuros estudos e trabalhos na biologia evolutiva deste agente patogénico, tão relevante ao nível económico e social. No geral, este trabalho cumpriu os objectivos propostos, revelando resultados inovadores e inesperados, particularmente na origem do agente patogénico estudado, e que irão certamente requerer uma investigação futura para apurar as hipóteses aqui levantadas. Espera-se assim que ele venha a contribuir para o aumento do conhecimento e que seja útil para a comunidade científica interessada nesta doença e agente patogénico, tão relevante a nível económico e social.In this work, a range of phylogenetic, phylogeographic and statistical methods of molecular evolution were used to investigate the evolutionary biology of an emergent pathogen in coffee crops (Coffea spp.), Colletotrichum kahawae. C. kahawae was first reported in Kenya, 1922, and causes severe disease (Coffee Berry Disease) in Arabica coffee throughout the African continent, where it is still restricted. However, the origin and spread of this pathogen has hitherto relied on historical data, and molecular studies have not been able to unearth enough genetic variation to infer about these processes, possibly due to its putative asexual nature and assumed recent evolution from Coffea spp. inhabiting strains of the C. gloeosporioides complex. To address this issue, a set of molecular markers was successfully developed, including a mating-type gene (MAT1-2-1), showing a greater informative potential than traditional markers. The most valuable markers were selected and used to analyze a representative sampling of C. kahawae, throughout most of its range, and C. gloeosporioides, mainly from Coffea spp. worldwide. Unexpectedly, the obtained results from the evolutionary relationships between C. kahawae and C. gloeosporioides suggest that the former may have emerged through a hostshift from hosts other than Coffea spp.. Moreover, the phylogeographic analysis of C. kahawae revealed a geographically structured population and the Angolan group as the most ancestral state inferred. Although our results come in opposition to the current Kenyan hypothesis and are not supported by the historical reports, the prevailing view follows the premise that C. kahawae evolved from Coffea spp., which our data suggests otherwise. Regarding the molecular evolution of MAT1-2-1, our results suggest a possible adaptive role within C. kahawae populations, due to the presence of two haplotypes in a highly conserved gene. These results have significantly contributed to fill a void in the current knowledge of the evolutionary biology of this pathogen and will hopefully stimulate further research

Phylogenomic and population genomic insights on the evolutionary history of coffee leaf rust within the rust fungi

Tese de doutoramento, Biologia e Ecologia das Alterações Globais (Biologia do Genoma e Evolução), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2018Fungi are currently responsible for more than 30% of the emerging diseases worldwide and rust fungi (Pucciniales, Basidiomycota) are one of the most destructive groups of plant pathogens. In this thesis, two genomic approaches were pursued to further our knowledge on these pathogenic fungi at the macro-evolutionary level, using phylogenomics, and micro-evolutionary level, using population genomics. At the macro-evolutionary level, a phylogenomics pipeline was developed with the aim of investigating the role of positive selection on the origin of the rusts, particularly related to their obligate biotrophic life-style and pathogenicity. With up to 30% of the ca. 1000 screened genes showing a signal of positive selection, these results revealed a pervasive role of natural selection on the origin of this fungal group, with an enrichment of functional classes involved in nutrient uptake and secondary metabolites. Furthermore, positive selection was detected on conserved amino acid sites revealing an unexpected but potentially important role of natural selection on codon usage preferences. At the micro-evolutionary level, the focus was shifted to the coffee rust, Hemileia vastatrix, which is the causal agent of leaf rust disease and the main threat to Arabic coffee production worldwide. Using RAD sequencing to produce thousands of informative SNPs for a broad and unique sampling of this species, the aim was to investigate its evolutionary history and translate population genomic insights into recommendations for disease control. The results of this work overturned most of the preconceptions about the pathogen by revealing that instead of a single unstructured and large population, H. vastatrix is most likely a complex of cryptic species with marked host specialization. Moreover, genomic signatures of hybridization and introgression occurring between these lineages were uncovered, raising the possibility that virulence factors may be quickly exchanged. The most recent “domesticated” lineage infects exclusively the most important coffee species and SNP linkage analyses revealed the presence of recombination among isolates that were previously thought to be clonal. Altogether, these results considerably raise the evolutionary potential of this pathogen to overcome disease control measures in coffee crops. To undertake most of the tasks in this project, a new computational application called TriFusion was developed to streamline the gathering, processing and visualization of big genomic data

Crystal market : a way to study knowledge-based dynamic capabilities

Purpose – In this work, the authors address a gap in the literature on the contribution of dynamic capabilities and internal contingencies to performance in a highly competitive environment. Design/methodology/approach – The authors use data from the Premier Football (soccer) League in Portugal over ten years. This league works as a laboratorial setting and enables the authors to identify the influences of the variables in the study. Findings – The authors find evidence that human capital is decisive to a team’s performance. This study’s findings question the role of the alignment between the different levels of the organization: strategic, tactical and operational. Research limitations/implications – With this work, the authors stress the importance (1) of using alternative scenarios in management research and (2) of the way that human and social capitals and managerial cognition and internal contingencies influence the development of knowledge-based dynamic capabilities, especially in highly regulated industries such has sports clubs. Practical implications – This work provides evidence on the importance of strategic coherence at different structural levels of the organization. Furthermore, it highlights the need to secure the right resources at the right time. Originality/value – The authors propose a setting to run the study: a crystal market and an original measure of performance that reflect the relative achievement of market potential.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Avaliação de maturidade da governança da informação em Arquivos

A governança da informação pode ser definida como um quadro de definição de regras, direitos e responsabilidades em relação ao ciclo de vida da informação numa organização. Organizações que desejem cumprir com as melhores práticas de governança da informação devem procurar as referências mais relevantes na sua área de atividade. Nesta comunicação, apresentamos o modelo de maturidade para a governança da informação de arquivo A2MIGO, concebido para cenários onde os requisitos de preservação digital são relevantes, e desenvolvido no contexto do projeto E-ARK. Descreve-se também o método de desenvolvimento desse modelo, que considerou o estado da arte estabelecido para este fim e o resultado da sua aplicação a um conjunto de organizações reais

Adaptive complex system modeling for realistic modern ground warfare simulation analysis based on evolutionary multi-objective meta-heuristic techniques

Dissertação apresentada à Escola Superior de Tecnologia e Gestão do IPL para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Informática - Computação Móvel, orientada pelo Professor Silvio Priem Mendes.The battlefield is a harsh and inhuman environment, where deaths and destruction take lead role. Through many millennia there was blood shed all over the world, people who many time died in a battle that sometimes they didn‘t even care about. Today, the battle field is very different, machines take most damage and there are less casualties, this is because of the advancements made in the fields of aeronautics, weaponry, nautical, vehicles, armor, and psychology. Also there is another important party that throughout the last decades made a special and decisive advantage to the side which is more advanced in this field, it is intelligence and simulation. Intelligence today gives enormous advantage to one country as you ―see and feel‖ the battlefield hundreds or thousands kilometers away. Then, with the data provided by intelligence, countries can simulate the battle in order to deploy the most efficient units into battle. In this thesis we propose a warfare simulator analysis tool using a multi-objective approach and artificial intelligence. Further on, the 1991 Gulf war scenario is used to simulate and the results are presented and analyzed. The approach used in this thesis is difficult to be used in games due to its processing complexity and computing demands

An Initial Maturity Model for Information Governance

This report details the maturity model for information governance which will be used to assess the E-ARK Project use cases. The method that guides the application of this maturity model will then be detailed in deliverable 7.5, A Maturity Model consists of a number of entities, including “maturity levels” (often six) which are, from the lowest to the highest, (0) Non Existent, (1) Initial, (2) Basic, (3) Intermediate, (4) Advanced and (5) Optimizing. Each process can have its own Maturity Model, which expresses quantitatively the maturity level of an organization regarding a certain process. A Maturity Model provides also a way for organizations to see clearly what they must accomplish in order to pass to the next maturity level. The use of maturity models is wide spread and accepted, both in industry and academia. There are numerous maturity models, at least one for each of the most trending topics in such areas as Information Technology or Information Systems. Maturity Models are widely used and accepted because of their simplicity and effectiveness. They can easily help understanding the current level of maturity of a certain aspect in a meaningful way, so that stakeholders can clearly identify strengths and weaknesses requiring improvement, and thus prioritise what must be done in order to reach a higher level. This can be used to show the outcomes that will result from that effort, enabling stakeholders to decide if the outcomes justify the effort

A Knowledge Centre Service Aggregator Prototype

This report details the Knowledge Centre Prototype - an aggregator of services developed under the scope of the E-ARK Project and available at http://kc.dlmforum.eu. These services aim to provide a comprehensive, but simple and easily understood, set of services that allow to understand, contribute and validate Information Governance good practices

Nutritional and motor functional status in Parkinson’s disease: the NutriSPark protocol

Communication abstract: Proceedings of the 5th International Congress of CiiEM - Reducing inequalities in Health and Society, held at Egas Moniz’ University Campus in Monte de Caparica, Almada, from June 16th to 18th, 2021.This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.A growing body of evidence suggests that nutritional status may play an important role in the development and course of Parkinson’s disease (PD). Nutritional status is known to influence PD motor and non-motor features and is in turn influenced by disease duration and severity. A proper nutritional status assessment and intervention should be incorporated in the management and follow-up of PD patients. This study aims to characterize the impact of nutritional status in multiple domains of PD and to explore the feasibility and the effectiveness of a customized and intensive nutritional intervention compared to standard care.info:eu-repo/semantics/publishedVersio