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Título: Genômica comparativa de cepas de Aspergillus terreus visando a produção de lovastatina
Autor(es): Rocha, Rodrigo Theodoro
Orientador(es): Pappas Júnior, Georgios Joannis
Coorientador(es): Parachin, Nádia Skorupa
Assunto: Genômica comparativa
Metabólitos secundários
Fungos filamentosos
Aspergillus terreus
Data de publicação: 28-Mar-2017
Referência: ROCHA, Rodrigo Theodoro. Genômica comparativa de cepas de Aspergillus terreus visando a produção de lovastatina. 2017. 148 f., il. Dissertação (Mestrado em Biologia Molecular)—Universidade de Brasília, Brasília, 2017.
Resumo: Metabólitos secundários (MS) são moléculas heterogêneas de baixo peso molecular e, alternativamente aos metabólitos primários, não estão diretamente envolvidas no crescimento do organismo que as produz. Entre os microrganismos produtores de MS destacam-se os fungos filamentosos do gênero Aspergillus, abrangendo diversas espécies com estilos de vida variados e produzindo inúmeros compostos de importância para os homens, animais e plantas. A espécie A. terreus é produtora de diversos MS, entre eles destaca-se a lovastatina, fármaco da classe das estatinas, que são mundialmente utilizadas para a redução dos níveis de colesterol. Visando a bioprospecção de cepas de A. terreus produtoras de lovastatina utilizamos a genômica comparativa para detalhar a estrutura e variabilidade dos genes responsáveis por sua biossíntese. Oito cepas de A. terreus isoladas no Brasil foram submetidas a sequenciamento de segunda geração utilizando a plataforma Illumina. Os dados resultantes foram mapeamentos contra o genoma de referência da espécie (cepa NIH 2624) e observou-se uma conservação de 86% de todo genoma entre as cepas. No entanto, grandes regiões com tamanho maior que 10 kb apresentaram cobertura anômala, e posteriormente verificou-se que se tratava de variantes estruturais (grandes indels) nos genomas das cepas, inclusive no agrupamento gênico de biossíntese (BCG) de lovastatina. As variantes estruturais dentro deste loco foram validadas experimentalmente via ensaios de PCR e a ausência de genes essenciais à biossíntese da lovastatina explica o fenótipo não produtor em algumas cepas. A observação variabilidade genômica entre as cepas motivou o desenvolvimento de uma nova metodologia para detecção de BCGs em geral. Esta baseia-se na estrutura de grafos de Bruijn coloridos e pode ser aplicada diretamente nos dados brutos de sequenciamento, sem necessitar montagens genômicas de alta qualidade. Com esta abordagem foi possível identificar os limites gênicos dos agrupamentos de biossíntese dos metabólitos acetilaranotina, terretonina e outros. As análises de genômica comparativa neste estudo apontam as relevantes diferenças na composição gênica de indivíduos da mesma espécie, as quais podem ser correlacionadas com fenótipos de interesse biotecnológico. Ademais, ressaltam a complexa história evolutiva dos fungos e a plasticidade de seus genomas. Assim como acontece em muitos procariotos, os genomas dos fungos filamentosos devem ser representados por um pan-genoma.
Abstract: Secondary metabolites (SM) are a heterogeneous class of low molecular weight compounds not directly involved in the growth of the producing organism. Among the SM producing microorganisms stands out the genus Aspergillus, a diverse group of filamentous fungi of medical and biotechnological relevance. The species A. terreus is known to produce several metabolites, noticeably lovastatin, belonging to the statins class with worldwide application as cholesterol lowering drugs. Aiming at the bioprospection of lovastatin producing strains we employed a comparative genomics study to pinpoint the structure and variability of the genes involved in its biosynthesis. Eight A. terreus strains, isolated in different locations, were sequenced by second generation genome sequencing platform Illumina. The resulting reads were mapped against the reference genome of A. terreus (strain NIH 2624) unveiling a 86% genome-wide conservation between the strains. However, large blocks spanning over 10 kb showed anomalous mapping coverage depth, and further analyses showed that these were structural variants (large indels) occurring in the genome of the strains. Strikingly, some strains exhibited structural variations in the lovastatin biosynthetic gene cluster (BCG), further validated by PCR assays, which offers a plausible explanation for the non-producing phenotype observed in some strains. The observation of strain-specific genome variation prompted the development of a new BCG detection methodology based on colored de Bruijn graphs and directly applied to raw sequencing data without the necessity of a high quality reference genome. This approach uncovered the presence and the gene boundaries of several BCGs in our study, such as the biosynthetic clusters for the metabolites acetilranotin, terretonin and others. The comparative genomic analyses in this study highlight the gene composition differences among individuals of the same species and the correlation with biotechnological relevant phenotypes. Moreover, underlies the complex fungal evolutive pathways and the plasticity of microbial genomes.
Informações adicionais: Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Biologia Celular, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2017.
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