Bioinformatica applicata a dati di genomica e trascrittomica delle piante

1. Istituto di Bioscienze e BioRisorse
Bioinformatica applicata a dati di genomica e trascrittomica delle piante
Dr. Domenico Catalano
1

2. Istituto di Bioscienze e BioRisorse
Attività di Ricerca
• ESPRESSIONE GENICA DI MICRORNA IN DATI DI SEQUENZIAMENTO
• SEQUENZIAMENTO DEL CLOROPLASTO DI CYNARA
• DATABASE DI BIODIVERSITÀ :
1. MEDITERRANEAN GERMPLASM DATABASE
2. BIOGENRES
• OIDIO E FAMIGLIA GENICA MLO
• ANALISI DI GENOMI VIRALI AD RNA E RUOLO FUNZIONALE DEI VSIRNA
• MIRNA DELLE PIANTE: UN POSSIBILE RUOLO NELLA REGOLAZIONE DEL METABOLISMO
UMANO
2

3. Studi di espressione di microRNA mediante next-generation sequencing
I MICRO RNA (MIRNA) SONO PICCOLE
MOLECOLE DI RNA REGOLATORI.
NELLE PIANTE SONO COINVOLTI IN
PROCESSI FONDAMENTALI QUALI LO
Sviluppo
Stess abiotici
SVILUPPO E RISPOSTA AGLI STRESS.
Stress biotici
3
• Sequenziamento
Illumina
• Identificazione
dei miRNA
controllo
s
s
2
1.5
c
Small RNAs
s
2.5
c
replicato 1
replicato2
c
1
• Clustering isoMir
0.5
• Conteggio e
normalizzazione
stress
0
replicato3

4. SEQUENZIAMENTO DEL GENOMA
CLOROPLASTICO DI CYNARA CARDUNCULUS
1. Sequenziamento ed assemblaggio
- Reads cloroplastiche (sequenziamento Illumina) del genoma totale
di Cynara cardunculus tramite mappatura delle read sul reference Lactuca
- Assembly de novo (CLC workbench)
- contig ordinati rispetto al reference e chiusura gap tramite sequenziamento Sanger
2. Annotazione tramite DOGMA
Plot: GeneomeVx (a). Reference: Lactuca sativa
a
3. Multiallineamento dei genomi cp delle Asteraceae e studi di filogenia
- Multiallineamento e plot: mVISTA (b)
- Analisi di filogenia: PAUP*4.0
4. Sequenziamento ed analisi di 19 genomi cloroplastici di varietà e specie
differenti
- Sequenziamento Illumina di frammenti (long PCR)
- Chiamata delle varianti (CLC genomics workbench)
b
gabriella.sonnante@ibbr.cnr.it

5. OIDIO E FAMIGLIA GENICA MLO
L’oidio o “mal bianco” è una delle malattie più frequenti e dannose per diverse piante sia in condizioni controllate in
serra che in pieno campo. E’ causata da funghi appartenenti alla divisione degli ascomiceti, colpisce circa 10.000
specie di angiosperme ed è causa di ingenti aggravi economici.
• GENI MLO: SONO UNA FAMIGLIA GENICA DIFFUSA IN TUTTE LE PIANTE SUPERIORI
• CODIFICANO PER PROTEINE DI MEMBRANA CON SETTE DOMINI TRANSMEMBRANA
• I GENI MLO SONO COINVOLTI NELLA SUSCETTIBILITÀ ALL’OIDIO, SIA NELLE
DICOTILEDONI CHE NELLE MONOCOTILEDONI
• LA DISATTIVAZIONE DEI GENI MLO COINVOLTI NELL'INFEZIONE DA OIDIO PRODUCE
PIANTE RESISTENTI
• SIAMO INTERESSATI ALL’INDIVIDUAZIONE DI AMINOACIDI CHE PRODUCANO “LOSS OF
FUNCTIONS” DELLA PROTEINA

6. OIDIO E FAMIGLIA GENICA MLO
•
GENI DI SUSCETTIBILITÀ: RENDONO LE PIANTE COLTIVATE SUSCETTIBILI ALL’OIDIO. LA DISATTIVAZIONE DEI
GENI MLO FUNZIONALI ALL'INFEZIONE HA COME EFFETTO LA RESISTENZA ALL’OIDIO
Step 1
Step 2
Step 3
INDIVIDUAZIONE DELLE FONTI
ESTRAZIONE, INDIVIDUAZIONE
INFORMATIVE DISPONIBILI
DEGLI OMOLOGHI DI MLO IN
STUDIO DELLA FAMIGLIA
GENICA IN SPECIE. METODI
MONO E DICOTILEDONI
Step 4
CLADOGENETICI
Ricerca ed estrazione dei geni
MLO omologhi in specie
coltivate, Procedure:
• Scripting in Perl
• Database relazionali
Step 5
Step 4
INDIVIDUAZIONE DEI
POTENZIALI ORTOLOGHI
FUNZIONALI NELLE
INDIVIDUAZIONE DI SPECIFICI AA CI HA
PERMESSO DI DARE IL VIA A:
• ESPERIMENTI DI MUTAGENESI SITO
•
DICOTILEDONI E
MONOCOTILEDONI
SPECIFICA
PROGRAMMI DI MIGLIORAMENTO
GENETICO
6
Rosacee, Cucurbitaceae, Solanaceae

7. PICCOLI RNA INTERFERENTI DERIVATI DA VIRUS COME FATTORI DI PATOGENICITÀ IN INTERAZIONI POTATO
VIRUS Y - POMODORO
LA
RICERCA SI CONCENTRA SULLE INTERAZIONI VIRUS-OSPITE, IN PARTICOLARE DURANTE L'INFEZIONE
PVY-POMODORO. SIAMO
INTERESSATI A CAPIRE I MECCANISMI CHE SI BASANO SULL’RNA E COME I VIRUS GLI UTILIZZANO PER INDURRE DEI CAMBIAMENTI
NELL'ESPRESSIONE GENICA DELL’OSPITE, DANDO LUOGO TRA ALTRO AD UNA SINTOMATOLOGIA SPECIFICA.
•
•
•
STRAIN VIRALI DEL POTATO VIRUS Y INDUCONO SINTOMATOLOGIE DIFFERENTI IN POMODORO
I DUE ISOLATI MOSTRANO ELEVATISSIMA SIMILARITÀ (AA 97% NT 91 %)
SONO VIRUS AD RNA+ A SINGOLA ELICA
La nostra ipotesi è che i diversi sintomi osservati siano dovuti a meccanismi di
interferenza ad RNA mediata da piccoli RNA prodotti in fase di replicazione del virus
SVILUPPO DI UN ALGORTMO PER L’ANALISI DEI GENOMI VIRALI E LA SELEZIONE DI
SON41 GAGCTTATATCGAATCGTAGCTAGTAGATCGGAGCTTATATCGA
PVYCto GAGCTTATATCGAATCGTAGCTAGTGGATCGGAGCTTATATCGA
………………….. TTATATCGAATCGTAGCTAGTG
………………….….TATATCGAATCGTAGCTAGTGG
……………………... ATATCGAATCGTAGCTAGTGGA
…………………….……TATCGAATCGTAGCTAGTGGAT
VSIRNA CARATTERISTICI PER I DUE ISOLATI

8. ANALYSIS DI RICERCA DI TARGET SUL TRASCRITTOMA DI
POMODORO (BLAST RNAHYBRID )CI HA PERMESSO
D’INDIVIDUARE GENI TARGET DELL’ISOLATO PVYCTO
RANDFOLD È STATO IMPIEGATO PER IDENTIFICARE
STRUTTURE SECONDARIE IN REGIONI LIMITROFE AI
VSIRNAS IDENTIFICATI NELL’ANALISI IN SILICO. E’ STATO
POSSIBILE INDIVIDUARE REGIONI DEL GENOMA VIRALE
CON STRUTTURE SECONDARIE T-LIKE O MIRNA-LIKE
POTENZIALMENTE FUNZIONALI.
POSSIBILI "PUNTI CALDI" DI ACCUMULO VSIRNAS. A)
GENOMA PVY, FRECCE: HOT-SPOT SPECIFICI PER PVYCTO, B)
FBP2 E ANAC74, SONO FATTORI DI TRASCRIZIONE COINVOLTI RISPETTIVAMENTE NELLO
SVILUPPO FIORALE E FOGLIARE IN PIANTE DI POMODORO. QUESTI GENI SONO STATI SCELTI PER
GLI ANALISI DI ESPRESSIONE. ENTRAMBI GENI PRESENTANO UNA RIDUZIONE DEI LIVELLI DI
ACCUMULO DELL’MRNA IN PIANTE INFETTE DA PVYC-TO IN CONFRONTO A PVY-SON41. LA
QUANTITÀ RELATIVA (RQ) DEL MRNA BERSAGLIO È STATO ANALIZZATO MEDIANTE RT-QPCR, E
LA LORO ESPRESSIONE È STATA NORMALIZZATA CON L’UBIQUITINA3. OGNI COLONNA
RAPPRESENTA I VALORI MEDI DI TRE REPLICHE BIOLOGICHE.

9. http://eco.igv.cnr.it/igvdb/web
IL MEDITERRANEAN GERMPLASM DATABASE CONTIENE INFORMAZIONI DI “PASSAPORTO” RELATIVE AD 56 MILA ACCESSIONI DI
GERMOPLASMA APPARTENENTI A 700 SPECIE. IL DATABASE INTEGRA DATI RELATIVI AD ACCESSIONI DI GRAMINACEAE DUPLICATI PRESSO L’USDA
(US DEPARTIMENT OF AGRICURTURE ). LA PUBBLICAZIONE DEI DATI RELATIVI AD SPECIE VEGETALI DI INTERESSE AGRICOLO È UNO DEI REQUISITI
RICHIESTI PER L’ADESIONE AL TRATTATO INTERNAZIONALE FAO PER LE RISORSE GENETICHE.

10. 10

11. BioGenRes
E’ un idea nata all’interno del dipartimento Scienze Bio-Agroalimentari, che ha come obbiettivo il
censimento all’interno del CNR, delle risorse genetiche disponibili
14 Mila
micro
43 Mila
animali
106 Mila piante
BioGenRes contiene al momento vi sono 11 Istituti e 41
collezioni censite
Interfaccia di Ricerca
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12. Istituto di Bioscienze e BioRisorse
STUDI DI ESPRESSIONE DI MIRNA IN DATI DI SEQUENZIAMENTO
E SEQUENZIAMENTO DEL CLOROPLASTO
DOMENICO DE PAOLA, PASQUALE LUCA CURCI, GABRIELLA SONNANTE IBBR-BARI
DATABASE BIODIVERSITÀ: MEDITERRANEAN GERMPLASM DATABASE E BIOGENRES
FLAVIO LICCIULLI, CNR- ITB-BARI, FLAVIA PIZZI CNR-IBBA-MILANO
ANTONIO LOGRIECO, ANTONELLA SUSCA CNR-ISPA-BARI
ANTONIO TURI, GG VENDRAMIN CNR – IBBR-BARI
OIDIO E GENI MLO
STEFANO PAVAN UNIBA (DIPARTIMENTO DI SCIENZE DEL SUOLO, DELLA PIANTA E DEGLI ALIMENTI)
MICHELA APPIANO WAGENINGEN UR PLANT BREEDING, WAGENINGEN UNIVERSITY & RESEARCH CENTRE, WAGENINGEN
GISELLA SCHIAVULLI CNR – IBBR-BARI
RNA VIRUS E VIRNA
FABRIZIO CILLO, CNR – IVV-BARI
TANIA TECCE UNIBA
Grazie per il cortese interesse
MARIELLA FINETTI SIALER CNR –IBBR-BARI
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