Mateus Mondin.

A parte mais abundante do genoma são frequentemente sequências de DNA repetitivos [RDS]. Os RDS foram considerados sem função e são conhecidos como DNA lixo. No entanto, poucos experimentos foram realizados para testar essa suposição. Como as sequências repetitivas compreendem mais de 90 dos genomas eucarióticos, é importante revisitar e desafiar esta suposição. Nesta proposta estudaremos duas plantas modelo, milho e tomate, que possuem RDS organizados como blocos de heterocromatina, com grandes knobs repetitivos que até o momento não foram ligados a nenhuma função específica. Além disso, os centrômeros desempenham um papel fundamental na segregação cromossômica e são organizados epigeneticamente, sendo compostos principalmente por RDS em tandem e dispersas. Devido à natureza repetitiva, até recentemente, era impossível atingir essas regiões heterocromáticas e estudar as interações com o resto do genoma. Hoje, com o avanço das ferramentas de edição do genoma, como o sistema CRISPR-Cas9, temos uma oportunidade única de estudar diretamente o RDS e testar as consequências para o funcionamento do genoma durante o desenvolvimento e o seu impacto fenotípico. Desenvolvemos um sistema CRISPR-Cas9 guiado para sequências de DNA satélite com o objetivo de excluir, duplicar e modificar epigeneticamente os knobs e a heterocromatina centromérica do tomate e do milho. Usando sequenciamento do tipo long-read, ChIP-seq e ferramentas avançadas de bioinformática compreenderemos as consequências genômicas das edições da RDS. O mapeamento físico de RDS e a imunodetecção de marcadores epigenéticos mapearão como a cromatina e a estrutura cromossômica mudam e se comportam durante o desenvolvimento. A análise morfológica e ômica nas progênies de plantas editadas nas RDS medirá os impactos das mudanças na expressão fenotípica. Este estudo testará diretamente a suposição anterior de não funcionamento das sequências repetitivas de DNA e revisará nossa compreensão sobre a estrutura e função do genoma.

Resultados recentes sobre assinaturas cromossômicas associadas a características agronômicas revelaram uma forte correlação entre o knob heterocromático do cromossomo 9 e mudanças no tempo de florescimento em milho. Para essas análises, um painel de linhagens derivadas da variedade Jac Duro foi usado. Outra observação importante foi a ausência de correlação entre o tamanho do genoma e a composição de knobs. Ao mesmo tempo, as linhagens com a mesma composição de knobs revelaram uma ampla gama de tamanhos de genoma, sugerindo um possível padrão de segregação e controle desta característica. Uma vez que a presença do knob no braço curto do cromossomo 9 mostra efeitos aditivos na redução do tempo de florescimento, pretendemos analisar raças e linhagens derivadas de milho para investigar a frequência e configuração deste knob e sua correlação com o tempo de florescimento. A hipótese principal é que este knob foi selecionado não intencionalmente para a precocidade do milho. Para esta análise, uma amostra de 54 raças e 24 linhagens será citogeneticamente caracterizada usando sondas de sequências repetitivas, de cópia única e de pintura cromossômica, bem como o tamanho do genoma, será medido por citometria de fluxo e o genoma sequenciado por uma estratégia de baixa cobertura para investigar o DNA de satélite e a variabilidade dos elementos transponíveis. Serão realizados experimentos de campo para análise fenotípica com atenção aos caracteres agronômicos, e na sequência os dados serão integrados às análises citogenética e genômica. Uma associação entre características fenotípicas e assinaturas cromossômicas é esperada. Os resultados podem fornecer novos insights sobre a importância dessas estruturas heterocromáticas para a ligação de características importantes durante a seleção do milho. Outras assinaturas como tamanho do genoma e sequências repetitivas específicas podem estar associadas ao vigor e estabilidade das variedades e serão investigadas neste projeto.

O fósforo (P) é um elemento essencial para o desenvolvimento e crescimento das plantas. Em regiões tropicais, este elemento encontra se fortemente retido à matriz do solo, sendo necessários manejos mais sustentáveis do que a aplicação de altas doses de fertilizantes fosfáticos para suprir as necessidades nutricionais das plantas. Nesse contexto, linhagens de Bacillus spp. têm se destacado como solubilizadoras e mineralizadoras de P. A associação destas bactérias com fungos micorrízicos arbusculares (FMAs), sabidamente relacionados a uma maior eficiência na absorção de P pelas plantas, pode promover uma disponibilidade ainda mais significativa deste nutriente durante a interação Bacillus spp. - FMA - planta. Entretanto, estudos genéticos do processo de solubilização e mineralização de P são incipientes em Bacillus spp. e o efeito desta atividade na associação com FMAs é pouco conhecida em nível molecular. Diante desse cenário, o presente projeto visa elucidar os mecanismos de solubilização e mineralização de P por Bacillus spp. capazes de interagir com FMAs, contribuindo para o crescimento da cana-de-açúcar e milho. Bioensaios in vitro serão realizados para selecionar linhagens de Bacillus spp. com significativo perfil de solubilização e mineralização de P e que em associação com os FMA Rhizophagus intraradices otimizem a captação de P e estimulem o crescimento da cana-de-açúcar e milho. Também será investigado o efeito da inoculação de Bacillus spp. - FMA na modulação da comunidade bacteriana e fúngica associadas à cana-de-açúcar e milho, bem como verificado por metataxonômica e espectroscopia de fluorescência de raio-X qual o real efeito da inoculação e da comunidade microbiana nativa na condição de maior acumulação de P nas raízes e na rizosfera dessas culturas. Os genomas das linhagens de Bacillus spp. mais promissoras serão sequenciados visando a obtenção de um portfólio de genes chaves relacionados ao ciclo do P por essas bactérias bem como estudos de genômica comparativa. Os genes identificados como chaves em vias metabólicas da solubilização e mineralização de P serão noucateados por edição gênica utilizando-se o sistema CRISPR-Cas9. Esta etapa visa determinar o real papel desses genes na atividade de solubilização e mineralização por Bacillus spp., assim como na interação com FMAs e com cana-de-açúcar e milho. Destaca-se que, por meio do nocaute do sistema dois componentes PhoP/PhoR, e, a obtenção do transcriptoma de seus respectivos mutantes será possível obter o regulon relacionados à presença de P no ambiente em Bacillus spp. Os resultados obtidos neste trabalho que utilizará uma abordagem polifásica para desvendar o papel de Bacillus spp. no ciclo do P certamente irão permitir uma compreensão inédita dos mecanismos genéticos envolvidos na solubilização e mineralização de P, assim como um melhor entendimento ecológico na interação planta-microrganismo contribuindo assim para desenvolvimento de uma agricultura mais sustentável.

A disponibilidade de genomas-referência tem revolucionado o estudo da biologia e possibilitado um avanço incomparável no entendimento da relação entre genótipo e fenótipo. Apesar do reconhecimento dessa mudança de paradigma, a quantidade de genomas bem anotados ainda é pequena. Bertholletia excelsa Bonpl. (Lecythidaceae), conhecida como castanheira-do-Brasil, é uma árvore que apresenta uma distribuição geográfica ampla, que compreende praticamente toda a Amazônia brasileira. A adaptação das populações a esses diferentes ambientes é consequência da seleção natural, que por sua vez influencia a distribuição e a magnitude da variabilidade genética, especialmente em regiões genômicas sob seleção. Buscando entender como a seleção natural influencia a estrutura e diversidade genética da castanheira, iniciamos recentemente um estudo que irá genotipar, com milhares de marcadores SNPs, amostras de castanheira distribuídas na Amazônia brasileira. Nos anos mais recentes, o avanço computacional tem possibilitado o desenvolvimento de algoritmos que fazem a identificação dos SNPs sem a necessidade de um genoma referência. Entretanto, essa estratégia não tem se mostrado eficiente para espécies altamente heterozigotas como as árvores. Com essa justificativa, elaboramos a presente proposta com o objetivo de montar e disponibilizar um genoma referência anotado. A disponibilização do genoma referência possibilitará um avanço significativo na abrangência e qualidade dos estudos que necessitem de informações genômicas. Uma amostra de castanheira será coletada em Porto Velho, RO e a purificação de DNA será no Laboratório de Genética Molecular da UFSCar Sorocaba. O preparo de bibliotecas Shot Gun e mate pair será terceirizado. As atividades de bioinformática serão realizadas na cluster da UFSCar Sorocaba e em um servidor na University of Maryland. Com a expertise adquirida durante a execução desse projeto, iremos ainda organizar um curso teórico-prático sobre montagem de genomas e outro sobre identificação de SNPs, que serão ministrados anualmente. Participam da presente proposta pesquisadores da UFSCar, EMBRAPA Rondônia e University of Maryland.

O objetivo principal deste projeto consiste em promover o intercâmbio de mestrandos e docentes entre as instituições UFS, ESALQ/USP e UNAERP visando à formação de recursos humanos qualificados (mestres em Biotecnologia) para atuar no ensino, na geração e aplicação de tecnologias no contexto socioeconômico em que estão inseridos. Assim, será possível gerar e disseminar o conhecimento científico e tecnológico nas instituições públicas e privadas do Nordeste, propiciando a obtenção de processos, produtos e/ou serviços com vistas à melhoria da qualidade de vida da região, e melhoria das publicações.

Garantir a competitividade e sustentabilidade da agricultura brasileira. Intensificar as pesquisas orientadas para saltos de produtividade,melhoria da qualidade e aumento do valor agregado de produtos tendo em vista a competitividade e sustentabilidade da agricultura, levando em conta as características de cada bioma. Contribuição para o Sistema de Produção da pimenta-do-reino por meio de novas variedades (produtos) e método eficiente de produção de mudas livres de doenças (micropropagação e microenxertia) - processos competitivos. Garantir a caracterização genética e citogenética das espécies e disponibilização da informação como base para o desenvolvimento novas variedades. Contribuir para o avanço da fronteira do conhecimento por meio do desenvolvimnto de marcadores moleculares do tipo microssatélite para a genotipagem e uso como ferramenta no melhoramento genético da pimenteira-do-reino.

Estudo dos efeitos da endogâmia sobre a epigenética e a estabilização de fenótipos derivados destes fenômenos