Ionoma de plantas: cenário atual e perspectivas / Ionomics: current scenario and prospects

Os sistemas biológicos são governados pela soma de todos os genes expressos, proteínas, metabólitos e elementos de um organismo. A análise do ionoma de um tecido auxilia a identificar, entre outros aspectos, genes que contribuam para maior ou menor acúmulo de elementos essenciais e metais pesados, bem como a interação entre processos metabólicos. O conhecimento do ionoma, aliado ao uso de técnicas de biologia molecular, formam um sistema muito eficiente para mapeamento gênico, para estudos de genômica funcional e para caracterização geral do estado fisiológico das plantas em uma determinada condição. Além disso, o estudo do ionoma permite avaliar as interações existentes entre os mais diversos íons das plantas e como a disponibilidade de um íon afeta a absorção e uso de outros. O objetivo desta revisão é apresentar e discutir o ionoma como uma ferramenta importante na elucidação dos mais diversos mecanismos envolvidos na absorção, translocação e acúmulo de elementos essenciais e não-essenciais em plantas e sua relação com o metabolismo delas.

Biological systems are governed by the sum of all expressed genes, proteins, metabolites and components of an organism. The analysis of a tissue ionome helps to identify, among others, genes that contribute to a greater or lesser accumulation of essential elements and heavy metals, as well as interaction between metabolic processes. The ionome knowledge, coupled with the use of molecular biology techniques, form a very efficient system for gene mapping, and functional genomic studies, and general characterization of plants physiological status in a given condition. Another interesting process that the ionome study allows to analyse is the interactions among plants' ions and how such ion availability can affect the absorption and use of others. The aim of this review is to present and discuss the ionome as an important tool in the elucidation of several mechanisms involved in absorption, translocation and accumulation of essential and nonessential elements in plant and its relation with their metabolism.

ANÁLISIS DE ESTs DE YUCA (Manihot esculenta): UNA HERRAMIENTA PARA EL DESCUBRIMIENTO DE GENES / Analysis of Cassava (Manihot esculenta) ESTs: A Tool for the Discovery of Genes

La yuca (Manihot esculenta) constituye la base de la alimentación para más de 1.000 millones de personas en el mundo, consolidándose como el cuarto cultivo más importante en el mundo después del arroz, el maíz y el trigo. La yuca es considerada como un cultivo relativamente tolerante a condiciones de estrés abiótico y biótico; sin embargo estas características se encuentran principalmente en variedades no comerciales. Las estrategias de mejoramiento genético convencional o mediadas por transformación genética representan una alternativa para introducir las características deseadas dentro de las variedades comerciales. Un paso fundamental con miras a acelerar los procesos de mejoramiento genético en yuca requiere el descubrimiento de los respectivos genes relacionados con las características buscadas, para lo cual los ESTs (del inglés Expressed Sequence Tags) son una vía rápida para este fin. En este estudio se realizó un análisis de la colección completa de ESTs disponibles en yuca, representada por 80.459 secuencias, los cuales fueron ensamblados en un conjunto de 29.231 genes únicos (unigen), representado por 10.945 contigs y 18.286 singletones. Estos 29.231 genes únicos pueden representar cerca del 80% de los genes del genoma de yuca. Entre el 5 y 10% de los unigenes de yuca no presentaron similitud con las secuencias presentes en las bases de datos de NCBI y pueden constituir genes específicos de yuca. A un grupo de secuencias del set unigen (29%) fue posible asignarles una categoría funcional de acuerdo al vocabulario Gene Ontology. El componente función molecular es el mejor representado con 43% de las secuencias, seguido por el componente proceso biológico (38%) y finalmente el componente celular (19%). Dentro de la colección de ESTs de yuca se identificaron 3.709 microsatélites que podrán ser empleados como marcadores moleculares. Este estudio representa una contribución importante al conocimiento de la estructura genómica funcional de la yuca y se constituye en una herramienta para la identificación de genes asociados a características de interés agrícola para posteriores programas de mejoramiento genético.

Cassava (Manihot esculenta) is the main source of calories for more than 1,000 millions of people around the world and has been consolidated as the fourth most important crop after rice, corn and wheat. Cassava is considered tolerant to abiotic and biotic stress conditions; nevertheless these characteristics are mainly present in non-commercial varieties. Genetic breeding strategies represent an alternative to introduce the desirable characteristics into commercial varieties. A fundamental step for accelerating the genetic breeding process in cassava requires the identification of genes associated to these characteristics. One rapid strategy for the identification of genes is the possibility to have a large collection of ESTs (Expressed Sequence Tag). In this study, a complete analysis of cassava ESTs was done. The cassava ESTs represent 80,459 sequences which were assembled in a set of 29,231 unique genes (unigen), comprising 10,945 contigs and 18,286 singletones. These 29,231 unique genes represent about 80% of the genes of the cassava’s genome. Between 5% and 10% of the unigenes of cassava not show similarity to any sequences present in the NCBI database and could be consider as cassava specific genes. A functional category was assigned to a group of sequences of the unigen set (29%) following the Gene Ontology vocabulary. The molecular function component was the best represented with 43% of the sequences, followed by the biological process component (38%) and finally the cellular component with 19%. In the cassava ESTs collection, 3,709 microsatellites were identified and they could be use as molecular markers. This study represents an important contribution to the knowledge of the functional genomic structure of cassava and constitutes an important tool for the identification of genes associated to agricultural characteristics of interest that could be employed in cassava breeding programs.

Sequenciamento de DNA de nova geração e suas aplicações na genômica de plantas / Next generation DNA sequencing and its applications in plant genomics

As plataformas de sequenciamento de nova geração são uma alternativa poderosa para estudos de genômica estrutural e funcional. Na genômica de plantas, os trabalhos com as novas plataformas têm sido destinados ao sequenciamento de transcritos, ressequenciamento ou sequenciamento de novo de genomas plastidiais. Neste trabalho, são detalhadas as tecnologias das plataformas mais utilizadas atualmente, bem como é revisada a aplicação dessas tecnologias na genômica estrutural e funcional de plantas.

The next-generation DNA sequencing technologies are a powerful alternative to studies in structural and functional genomics. In plant genomics studies, the work with these new platforms has been used for the sequencing of transcripts, re-sequencing, and the de novo sequencing of plastid genomes. This research details the technological principles of the next-generation DNA sequencing platforms most used and reviews its application in structural and functional plant genomics.

Genómica funcional en embriones y ovocitos humanos individuales / Functional genomics in single embryo and human oocytes

Durante tres décadas, el análisis de embriones y ovocitos humanos ha consistido principalmente, en su evaluación morfológica o citogenética; paulatinamente se han incorporado técnicas moleculares como FISH y PCR. Sin embargo, el desarrollo de nuevos métodos de amplificación de RNA, usando células individuales, ha permitido analizar la expresión génica en ovocitos, complejos cúmulo-ovocito y embriones de preimplantación. Estas técnicas revolucionarán el estudio de la biología reproductiva humana y la reproducción asistida, permitiendo un análisis objetivo y poderoso de los complejos procesos e interacciones del inicio de la vida, explicando las causas de la infertilidad humana y generando nuevas terapéuticas para ésta.

During three decades human embryo and oocyte analyses have been performed based on morphological or cytogenetical evaluations; molecular techniques, like FISH and PCR, have been gradually incorporated. However, the development of new techniques of individual cell RNA amplification has allowed the analysis of gene expression in oocytes, cumulus-oocyte complex and preimplantation embryos. These techniques will change radically the study of human reproductive biology and assisted reproduction, allowing a powerful and objective analysis of the complex processes and the interactions that may explain the causes of infertility and generate new therapeutics.

Inactivación de genes de Mycobacterium tuberculosis y su potencial utilidad en la prevención y el control de la tuberculosis

El conocimiento derivado del genoma de Mycobacterium tuberculosis, junto con el desarrollo de sofisticados sistemas para la manipulación genética del bacilo, ofrece la mayor promesa para el desarrollo de herramientas nuevas y más eficientes para prevenir y controlar la tuberculosis. Se han desarrollado métodos más eficientes para la inactivación de genes micobacterianos que se han convertido en el pilar de la genómica funcional micobacteriana. La generación de mutantes mediante la inactivación génica, apoyada directa o indirectamente por el desciframiento del genoma micobacteriano, ha permitido la generación de un número significativo de mutantes de M. tuberculosis. En algunos casos, el análisis de estas mutantes ha establecido relaciones entre los productos génicos y sus funciones en la fisiología y la patogenicidad de la micobacteria. En esta revisión se describen los estudios más representativos basados en dichas mutantes.

Gene inactivation in Mycobacterium tuberculosis and its use in tuberculosis control and prevention Availability of the M. tuberculosis genome sequence and the development of sophisticated systems for genetic manipulation of bacilli offer the potential for new and effective tools to prevent and control tuberculosis. Efficient methods to inactivate mycobacterial genes have been developed. These methods have become the cornerstone for the application and development of mycobacterial functional genomics. Specific mutants are generated to establish the role of targetted genes associated with mycobacterial physiology and pathogenesis. Gene inactivation, supported directly or indirectly by the deciphering of the mycobacterial genome, has permitted the generation of large numbers of M. tuberculosis mutants. Analysis of these mutants has (in some cases) established relationships between gene products and their role in mycobacterial physiology and pathogenesis.