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Tipo do documento: Dissertação
Título: Pipeline para a análise in silico de genes diferencialmente expressos durante o desenvolvimento de abelhas apis mellifera – o caso do knock-down da esterase do hormônio juvenil
Autor: PEREIRA, Denis 
Primeiro orientador: BARCHUK, Angel Roberto
Primeiro coorientador: FREITAS, Flávia Cristina de Paula
Primeiro membro da banca: ÁVILA, Paulo Muniz de
Segundo membro da banca: VIEIRA, Joseana
Resumo: Diante do grande aumento da disponibilidade de dados de sequenciamento de ácidos nucléicos, uma área interdisciplinar chamada bioinformática tem contribuído muito para as pesquisas em análise computacional de sequências de DNA, RNA e proteínas. A bioinformática tornou mais ágil a análise de RNA para identificação da expressão diferencial, possibilitando a criação de pipelines cada vez mais eficientes. Em abelhas Apis mellifera, a determinação de castas começa com a alimentação diferencial no terceiro instar (fase do desenvolvimento) larval. As larvas fêmeas destinadas a se tornarem rainhas são alimentadas com geléia real e as operárias recebem uma proporção menor de geléia real misturada com mel e pólen. Essa dieta ativa diferentes respostas endócrinas nas castas, resultando no estímulo de vias distintas de expressão gênica que culmina no desenvolvimento de rainhas e operárias. Uma das respostas endócrinas moduladas pela alimentação diferencial são os títulos de hormônio juvenil (HJ) que são mais altos nas larvas destinadas a se tornarem rainhas. As diferenças nos títulos de HJ entre rainhas e operárias são reguladas tanto pelo nível de síntese deste hormônio nos corpora allata, quanto pela sua degradação mediada pela esterase do hormônio juvenil (JHE). Com o objetivo de determinar os mecanismos moleculares dependentes de jhe direta e indiretamente no desenvolvimento larval, membros de nosso grupo de pesquisa realizaram ensaios funcionais em operárias de A. mellifera. Os experimentos consistiram no silenciamento do gene jhe por RNA de interferência no estágio larval L2. Foram coletadas amostras de RNAs de indivíduos tratados (dsRNA-jhe) e controles (naïve) no 5º instar larval e sequenciadas. Os arquivos contendo as sequências foram disponibilizadas. O objetivo de nosso trabalho foi desenvolver um pipeline de análise in silico para a identificação de genes diferencialmente expressos entre as abelhas controle e as abelhas tratadas com dsRNA-jhe. Para isto, primeiramente, usamos o programa FASTQC para determinar a qualidade das reads, que apresentaram altos valores phred score. As sequências de adaptadores identificadas pelo FASTQC e as reads com comprimento menor que 10 nt foram removidas usando o programa CUTADAPT. Em seguida, as bibliotecas foram mapeadas no genoma da A. mellifera com a ferramenta BWA. As bibliotecas apresentaram um mapeamento em torno 85% das reads gerando como saída arquivos no formato SAM. Posteriormente, estes arquivos foram convertidos em BAM usando o programa SAMTOOLS, os quais foram utilizados pelo programa CUFFLINKS para a identificação de genes diferencialmente expressos (GDEs). Foram encontrados 458 GDEs, sendo destes 151 menos expressos e 307 genes mais expressos nas abelhas tratadas (dsRNA-jhe) em relação às abelhas controle. Os resultados revelaram genes que respondem ao aumento nos títulos endógenos de HJ em resposta ao silenciamento da jhe durante o desenvolvimento larval de A. mellifera. Estes resultados se assemelham aos resultados obtidos pela aplicação tópica de HJ em larvas de operárias, previamente publicados por nosso grupo de pesquisa. Além disto, os resultados demonstram a viabilidade do pipeline desenvolvido para a análise da expressão gênica diferencial em sistemas biológicos.
Abstract: Given the great increase in the availability of nucleic acid sequencing data, an interdisciplinary area called bioinformatics has contributed greatly to research in computational analysis of DNA, RNA and protein sequences. Bioinformatics offers the means to deftly identify differentially expressed genes and enables the creation of increasingly efficient pipelines. In the honeybee Apis mellifera, caste determination is triggered by differential feeding in the third larval instar. The female larvae destined to become queens are fed royal jelly and the workers receive a lower proportion of royal jelly mixed with honey and pollen. This diet activates different endocrine responses and gene expression pathways in the castes that culminate in the development of queens and workers. One of the endocrine responses regulated by the differential feeding is the levels of juvenil hormone (JH) that are higher in the developing queen. The differences in the JH titers between queen and worker are regulated both by the synthesis of JH by the corpora allata and by its degradation mediated by juvenile hormone esterase (JHE). To determine the molecular mechanisms directly and indirectly dependent on jhe in the larval development, members of our research group performed functional assays in A. mellifera workers. The experiments consisted of knocking-down the jhe gene by interference RNA (iRNA) in the second larval instar. RNA samples were collected from treated (dsRNA-jhe) and control (naïve) individuals at the 5th larval instar and sequenced. The aim of our work was to develop an in silico analysis pipeline to identify differentially expressed genes between both control and treated bees. First, we used the FASTQC to determine the quality of the reads, which showed high phred score values. Adapter sequences identified by FASTQC and reads shorter than 10 nt in length were removed using the CUTADAPT tool. Next, the libraries were mapped on the A. mellifera genome with the BWA tool. The mean of mapping percentage of reads for all libraries was approximately 85%. The SAM files produced in the mapping step were converted in BAM files by SAMTOOLS, which were used by CUFFLINKS to identify differentially expressed genes (DEGs). A total of 458 GDEs were found, of which 151 were down regulated and 307 up regulated in the treated bees (dsRNA-jhe). The results revealed the genes that respond to the increase in endogenous JH titers in response to the knock-down of jhe in the larval development of A. mellifera. These results are similar to previous data obtained by the topic application of JH in developing worker larvae previously published by our research group. In addition, the results demonstrate the feasibility of the developed pipeline for the analysis of differential gene expression in biological systems.
Palavras-chave: Expressão gênica
Hormônios
Desenvolvimento animal
Bioinformática
Pipeline
Área(s) do CNPq: GENETICA::GENETICA MOLECULAR E DE MICROORGANISMOS
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal de Alfenas
Sigla da instituição: UNIFAL-MG
Departamento: Instituto de Ciências Biomédicas
Programa: Programa de Pós-Graduação em Biociências Aplicada à Saúde
Citação: PEREIRA, Denis. Pipeline para a análise in silico de genes diferencialmente expressos durante o desenvolvimento de abelhas apis mellifera – o caso do knock-down da esterase do hormônio juvenil. 2021. 67 f. Dissertação (Mestrado em Biociências Aplicada à Saúde) - Universidade Federal de Alfenas, Alfenas, MG, 2021.
Tipo de acesso: Acesso Embargado
Endereço da licença: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI: https://bdtd.unifal-mg.edu.br:8443/handle/tede/2020
Data de defesa: 11-Nov-2021
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