Uso do calcário no solo Desenvolvimento de pesticidas e fertilizantes. Máquinas a vapor substituindo a força animal

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Vítor Vieira Coradelli
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1 Fepagro em foco Samuel Mazzinghy Alvarenga

2 Histórico recente da Agropecuária Era científica: a partir de ~ Rotação de culturas e métodos de cultivo intensivo Drenagem Utilização de arado, máquinas semeadoras e colheitadeiras Uso do calcário no solo Desenvolvimento de pesticidas e fertilizantes Máquinas a vapor substituindo a força animal Aperfeiçoamento de máquinas agrícolas

máquinas semeadoras e colheitadeiras Uso do calcário no solo Desenvolvimento de

3 Histórico recente da Agropecuária Era científica: a partir de ~ Melhoramento vegetal e da pecuária Cultura de tecidos Desenvolvimento de vacinas animais Tecnologia do DNA

4 Novas tecnologias A A era genômica: novas possibilidades para a agropecuária Necessidade de mais informações Estrutura do DNA Sequenciamento de DNA Dados genômicos em larga escala

5 A ciência genômica As áreas da genômica Genômica: Estudo de todo conteúdo genético de um organismo GENÔMICA FUNCIONAL GENÔMICA GENÔMICA ESTRUTURAL GENÔMICA COMPARATIVA

6 A ciência genômica Genômica funcional DNA Funções dos genes Proteínas Padrão de expressão dos genes - Condições bióticas - Condições abióticas Fenótipo - Estágios de desenvolvimento Resistente Suscetível

- Condições bióticas - Condições abióticas

7 A ciência genômica Genômica estrutural Organização e estrutura dos genes Mapeamento genético Mapeamento físico

8 A ciência genômica Genômica comparativa Micro, macrossintenia e colinearidade Regiões duplicadas Evolução

9 A era genômica 1995: Primeiro genoma completo (organismo vivo) Haemophilus influenzae, 1830 Kb Bactéria causadora de doenças como meningite e pneumonia

10 A era genômica 1997: Escherichia coli,, 4639 Kb. Science 277, :Caenorhabditis elegans, Kb. Science 282, : Saccharomyces cerevisiae, Kb. Nature387, : Drosophila melanogaster, Kb. Science 287, :Arabidopsis thaliana, Kb. Nature 408, :Homo sapiens, Kb. Nature409,

Science 282,2012-20182018 1998-12-1111 1997: Saccharomyces cerevisiae, 12069 Kb.

11 A era genômica Tecnologias de sequenciamento em massa Plataforma Metodologia de Sequenciamento Geração (tecnologia) Throughput por corrida 3130xL-3730xL - ABI/Life Technologies Sanger, CE Primeira 1-2 Mb Genome Sequencer FLX System - Roche/454 Pirosequenciamento Segunda 500 Mb (?) HiSeq2000 Illumina/Solexa Síntese Segunda 3 Gb xl SOLiD- ABI/SOLiD Ligação Segunda 4 Gb HeliScope - Helicos SMS Terceira ~ 25 Gb PacBio RS - Pacific Biosciences SMRT Terceira 40 Mb ~ 1000 Pesonal Genome Machine (PGM) - Ion Torrent/Life Technologies In house lab built instrumentation - Complete Genomics Síntese Terceira 10 Mb cpal Terceira Promessa de 80 genomas por dia Tamanho dos reads (pb) gridion- Oxford Nanopore Nanoporos Quarta Não quantificado Não quantificado 10

) HiSeq2000 Illumina/Solexa Síntese Segunda 3 Gb 150 5500xl SOLiD- ABI/SOLiD Ligação Segunda 4 Gb 25-35 HeliScope - Helicos SMS Terceira ~ 25 Gb 25-30 PacBio RS - Pacific Biosciences SMRT Terceira 40

12 A era genômica GenBank em15 de Agostode 2012 (última versão) 143 bilhões de bases 156,4 milhões de sequências

13 A era genômica Númerosdo GenBank bases ( sequências) depositadas entre junho e agosto/2012

14 A era genômica Crescimento da quantidadede de dados genômicos Depósito de sequências no GenBank Sequências Pares de Base Exponencial (Sequências) Exponencial (Pares de Base) N. de sequências e bases depositadas 1,00E+12 1,00E+11 1,00E+10 1,00E+09 1,00E+08 1,00E+07 1,00E+06 1,00E+05 1,00E+04 1,00E+03 1,00E+02 1,00E+01 1,00E Ano

de sequências e bases depositadas 1,00E+12 1,00E+11 1,00E+10 1,00E+09 1,00E+08 1,00E+07 1,00E+06 1,00E+05

15 A era genômica Número de genomas publicados atualmente Dados atualizados em 31 de agosto de 2012 Projetos completos: Projetos incompletos:

16 A Bioinformática na Genômica A era genômica trouxe um tipo de dado e uma quantidade de informação que só é possível ser analisada com o auxílio de ferramentas de bioinformática

17 A Bioinformática na Genômica Bioinformática: Recursos computacionais para realizar análises de dados biológicos Envolve o conhecimento de várias áreas Estatística Matemática Bioquímica Genética Biologia Engenharia Informática Física Biologia Molecular Química

Envolve o conhecimento de várias áreas Estatística Matemática

18 A Bioinformática na Genômica É preciso MONTAR o genoma

19 A Bioinformática na Genômica É preciso ANOTAR o genoma Sequência vinculada a um significado biológico Sopa de letras : sequências obtidas pelos projetos Bancos de dados: acervo de sequências conhecidas

20 A Bioinformática na Genômica É preciso ANALISAR o genoma Mapeamento Evolução Sequenciamento Análise Estatística Redes Gênicas Estrutura de DNA, RNA Modelagem Molecular Comparação de Estruturas Expressão Gênica Redes Metabólicas Bancos de Dados Filogenia Análise de sequências Etc...

DNA, RNA Modelagem Molecular Comparação de Estruturas Expressão Gênica

21 A Bioinformática na Genômica Informações relevantes Informação evolutiva: genes homólogos, frequências dos alelos,... Informação genômica: localização no cromossomo, introns, regiões reguladoras,... Informação estrutural: estruturas da proteína correspondente, tipos de folds, domínios estruturais,... Informação de expressão: expressão específica a um dado tecido, fenótipos, doenças,... Informação funcional: função molecular/enzimática, papel em diferentes rotas, papel em doenças,... Etc...

22 Bioinformática e Agropecuária Genômica Genômica comparativa entre organismos modelos e espécies de interesse agropecuário O melhoramento de culturas importantes pode se beneficiar de informações obtidas a partir de espécies modelo Ampliação da base de conhecimento sobre o processo evolutivo da espécie (genômica comparativa) Clonagem de genes específicos por mapeamento (genômica estrutural)

23 Bioinformática e Agropecuária Genômica Descoberta/identificação de novos genes de valores agropecuários (genômica funcional) Alimentação de bancos de dados genômicos para estudos futuros Desenvolvimento de marcadores moleculares para genes de interesse

24 Bioinformática e Agropecuária Genômica Genômica funcional da relação parasita-hospedeiro Seleção de genes candidatos adequados para manipulação para melhorar a resistência e/ou diminuir a suscetibilidade do hospedeiro Predição de ganhos genéticos Melhor entendimento sobre a rede biológica hospedeiro-parasita Novas abordagens para a promoção da resistência do hospedeiro a parasitas agronômicos Desenvolvimento de novas formas de controle de parasitas (pesticidas e vacinas mais específicos, sem efeitos colaterais e mais eficientes) Ampliação do conhecimento a respeito do modo de infecção do parasita

25 Bioinformática e Agropecuária Genômica Microorganismos Identificação de genes envolvidos com promoção do crescimento vegetal Desenvolvimento de novos compostos para a agricultura Expansão da compreensão sobre os processos metabólicos presentes no ambiente Abordagem METAGENÔMICA Análise em larga escala de genomas de microorganismos no seu habitat natural (solos, rios, ar), uma vez que 99% dos microorganismos são de difícil cultivo (ou impossíveis de serem cultivados) e praticamente desconhecidos

26 Bioinformática e Agropecuária Genômica Sumarizando... Agropecuária + Genômica + Bioinfo: Sequenciamento de genes/genoma (rapidez, acessibilidade crescente e geração de dados em grande quantidade) Informação em larga escala (um gene raramente trabalha sozinho...) Análise detalhada do genoma (regiões conservadas, mutações, inferências evolutivas, etc...) Atribuição de função aos genes (bancos de dados cada vez maiores e mais informativos) Transferência/aproveitamento de informações por comparação (um organismo se beneficia de informações atribuídas a outros organismos relacionados e vice-versa) Ganho de tempo em pesquisas/testes laboratoriais e em campo (aceleração na obtenção de resultados)

27 Perspectivas Proteoma Genoma Interactoma Reactoma Outras ômicas Metaboloma

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