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Title in Portuguese: Aplicações de técnicas moleculares de nova geração (NGS) para o estudo do desempenho reprodutivo de touros e vacas leiteiras
Title: Applications of new generation of molecular techniques (NGS) for study of the reproductive performance of dairy bullsand cows
Author: Portela, Antônia Moêmia Lúcia Rodrigues
Advisor(s): Moura, Arlindo de Alencar Araripe Noronha
Co-advisor(s): Martins, Jorge André Matias
Keywords: Espermatozoide
Metilação
Epigenética
RNA sequencing
Pós-parto
Gene
Issue Date: 2018
Citation: PORTELA, Antônia Moêmia Lúcia Rodrigues. Aplicações de técnicas moleculares de nova geração (NGS) para o estudo do desempenho reprodutivo de touros e vacas leiteiras. 2018. 142 f. Tese (Doutorado em Biotecnologia)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.
Abstract in Portuguese: O estudo 1 teve como objetivo produzir um perfil de metilação em todo o genoma e identificar assinaturas epigenéticas diferenciais entre espermatozoides de alta motilidade (AM) e baixa motilidade (BM). O estudo 2 teve como objetivo caracterizar as vias metabólicas associadas ao início da lactação em vacas Holandesas utilizando dados de RNA-seq obtidos de amostras de tecido adiposo subcutâneo coletadas em três momentos: em 2 (T0), 30 (T1) e 90 (T3) dias após o parto. No estudo 1 foi explorado a metilação de dinucleotídeos citosina-guanina (CpGs) em populações de espermatozoides de AM e BM de Bos taurus separados por Percoll. Padrões de metilação de espermatozoides de alta e baixa motilidade foram investigados por sequenciamento de bissulfito. A comparação entre as populações desses espermatozoides revelou que a variação da metilação afeta os genes envolvidos na organização da cromatina, no qual houve metilação em genes associados à remodelação da estrutura do DNA, bem como em um elemento repetitivo BTSAT4 em regiões pericentroméricas. Desta forma, sugere-se que a manutenção da estrutura cromossômica através da regulação epigenética seja crucial para a funcionalidade correta do espermatozoide. Para o estudo 2, o RNA total foi extraído a partir do tecido adiposo subcutâneo no dia do parto (T0), 30 dias após o parto (T1) e noventa dias após o parto (T3), e comparações foram feitas entre os grupos mencionados. Um total de 12.294 genomas foram identificados e submetidos a uma filtragem, identificando um total de 405.435.505 genes, nos quais os genes diferencialmente expressos foram analisados através do False Discovery Rate (FDR = 0,05). As vias metabólicas associadas ao início da lactação em vacas holandesas foram caracterizadas utilizando dados de RNA-seq obtidos de amostras de tecido adiposo subcutâneo coletadas em três momentos: aos 2 (T0), 30 (T1) e 90 (T3) dias pós-parto. A análise de enriquecimento identificou 142 vias metabólicas. Os mais significativos foram: secreção de insulina, sinalização da ocitocina, glicólise / gliconeogênese, metabolismo do piruvato, resistência à insulina, sinalização de cálcio, GnRH (hormônio liberador de gonadotropina), MAPK (proteína quinase mitogênica), sinalização de adipocitocinas e o sistema renina-angiotensina. Todas essas vias representam importantes rotas metabólicas em bovinos leiteiros em lactação.
Abstract: Study 1 aimed to produce a methylation profile in genome in both populations, and to identify differential epigenetic signatures between high motility (HM) and low motility (LM) sperm. Study 2 aimed to characterize the metabolic pathways associated to early lactation in Holstein cows using RNA-seq data obtained from subcutaneous fat tissue samples collected at three time points: at 2 (T0), 30 (T1) and 90 (T3) days postpartum. In study 1, we explored the methylation of cytosine-guanine dinucleotides (CpGs) in HM and LM sperm populations in Bos taurus separated by Percoll. Methylation patterns of high and low motility sperm were investigated by bisulphite sequencing. The comparison between the populations of HM and LM sperm revealed that the variation of methylation affects the genes involved in the organization of chromatin and that methylation occurred in genes associated with the remodeling of the DNA structure, as well as in a repetitive element BTSAT4 in pericentromeric regions. Thus, it is suggested that the maintenance of chromosome structure through epigenetic regulation is crucial for the correct functionality of sperm. For study 2, total RNA was extracted from subcutaneous adipose tissue on the day of birth (D0), 30 days postpartum (D30) and ninety days postpartum (D90) and comparisons were made between the groups mentioned. A total of 12.294 genomes were identified and subjected to a filtering, identifying a total of 405.435.505 genes, in which differentially expressed genes were analyzed using the False Discovery Rate (FDR = 0.05). Metabolic pathways associated to the early lactation in Holstein cows were characterized using RNA-seq data obtained from subcutaneous fat tissue samples collected at three time points: at 2 (T0), 30 (T1) and 90 (T3) days postpartum. The enrichment analysis identified 142 metabolic pathways. The most significative were insulin secretion, oxytocin signaling, glycolysis/gluconeogenesis, pyruvate metabolism, insulin resistance, calcium signalling, GnRH (Gonadotropin releasing hormone), MAPK (mitogen-activated protein kinase), adipocytokine signaling, and the renin−angiotensin system. All these pathways are important metabolic routes in lactating dairy cattle.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/38783
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