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Dissertação de Mestrado
Documento
Autor
Nome completo
Rafael Vicentini Popin
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2017
Orientador
Banca examinadora
Fiore, Marli de Fatima (Presidente)
Pacheco, Ana Beatriz Furlanetto
Pinto Junior, Ernani
Título em português
Análise genômica e funcional da Nodularia spumigena CENA596 formadora de florações em tanques de produção de camarões
Palavras-chave em português
Agrupamento gênico
Cianotoxinas
Espectrometria de massas
Genoma
Genômica comparativa
Resumo em português
Nodularia spumigena é uma espécie cianobacteriana conhecida como produtora da hepatotoxina nodularina. Essa cianotoxina é uma potente e irreversível inibidora de proteínas fosfatases da família serina/treonina (PP1 e PP2A) de células eucarióticas e é uma promotora tumoral e suspeita carcinogéna. Além da nodularina, a N. spumigena também é produtora de outros peptídeos não ribossômicos, tais como espumiginas, aeruginosinas e anabaenopeptinas. O primeiro relato de N. spumigena formadora de florações no Brasil ocorreu em 2011 em tanques de produção de camarões no Rio Grande, RS, e estimulou o interesse na obtenção de informações sobre o seu genoma e potencial biossíntético. Dessa forma, a objetivo deste estudo foi avaliar os aspectos genômicos e funcionais da linhagem Nodularia spumigena CENA596 isolada de um tanque de produção de camarões de Rio Grande. Para isso, uma cultura da linhagem N. spumigena CENA596 foi submetida a um tratamento com hipoclorito de sódio (2%) para eliminação de contaminantes e o DNA extraído das células tratadas foi sequenciado na plataforma MiSeq e analisado com ferramentas genômicas. O sequenciamento e a montagem do seu genoma originaram 291 sequências contíguas com percentual GC de 41,19 e tamanho total de 5.189.679 pb. A análise filogenética baseada na sequência do gene que codifica o 16S rRNA agrupou a linhagem CENA596 com outras de N. spumigena da Austrália e América do Norte. Na árvore filogenômica construída com as sequências concatenadas de 31 proteínas, a linhagem brasileira CENA596 agrupou-se com valor de reamostragem de 100% com a N. spumigena CCY9414 originária do mar Báltico. As análises comparativas entre os genomas dessas duas linhagens indicaram um grande número de genes compartilhados, os quais estão relacionados principalmente ao metabolismo primário das células. Por outro lado, foram encontrados genes específicos para cada uma delas que estão envolvidos em respostas celulares a estresses oxidativos, patógenos e antibióticos. A mineração do genoma da N. spumigena CENA596 revelou 13 agrupamentos gênicos hipoteticamente relacionados à síntese de metabólitos secundários, a maioria dos quais mostrou similaridade significativa com agrupamentos conhecidos. As análises químicas confirmaram a produção de duas variantes de nodularina, espumigina, namalida, aeruginosina e aminoácidos tipo micosporina, e uma variante de geosmina. A linhagem brasileira N. spumigena CENA596 mostrou-se capaz de produzir uma variedade significante de moléculas bioativas e seu genoma revelou-se ser consideravelmente conservado em relação ao genoma da linhagem CCY9414, a qual é conhecida por causar grandes florações tóxicas no Mar Báltico
Título em inglês
Genomic and functional analysis of the bloom-forming Nodularia spumigena CENA596 in shrimp production ponds
Palavras-chave em inglês
Comparative genomics
Cyanotoxins
Gene cluster
Genome
Mass spectrometry
Resumo em inglês
Nodularia spumigena is a cyanobacterial species known as a producer of the hepatotoxin nodularin. This cyanotoxin is a potent and irreversible inhibitor of eukaryotic cell serine/threonine protein phosphatases (PP1 and PP2A) and is a tumor promoter and suspected carcinogen. In addition to nodularin, N. spumigena is also produces other non-ribosomal peptides, such as spumigins, aeruginosines and anabaenopeptins. The first report of bloom-forming N. spumigena in Brazil occurred in 2011 in shrimp production ponds, Rio Grande, RS, and stimulated interest in obtaining information on its genome and biosynthetic potential. Thus, the objective of this study was to evaluate the genomic and functional aspects of the strain N. spumigena CENA596 isolated from a shrimp production pond of the Rio Grande. For this, a culture of the strain N. spumigena CENA596 was submitted to a treatment with sodium hypochlorite (2%) to eliminate contaminants and the DNA extracted from treated cells was sequenced in a platform MiSeq and analyzed with genomic tools. Genome sequencing and assembly resulted in 291 contiguous sequences with GC percentage of 41.19 and total size of 5,187,679 bp. Phylogenetic analysis based on the gene sequence encoding the 16S rRNA grouped the strain CENA596 with other N. spumigena from Australia and North America. In the phylogenomic tree constructed with the concatenated sequences of 31 proteins, the Brazilian strain CENA596 grouped with a bootstrap value of 100% with the N. spumigena CCY9414 originating from the Baltic sea. Comparative analyses between the genomes of these two strains indicated a large number of shared genes, which are mainly related to the primary metabolism of the cells. Otherwise, genes specific for each of the two strains were identified as involved in cellular responses to oxidative stress, pathogens and antibiotics. Genome mining revealed 13 gene clusters hypothetically related to the synthesis of secondary metabolites, most of which showed significant similarity to known clusters. Chemical analyses confirmed the production of two variants of nodularin, spumigin, namalide, aeruginosin and mycosporine-like amino acid, and one variant of geosmin. The Brazilian strain N. spumigena CENA596 was able to produce a significant variety of bioactive molecules and its genome revealed to be considerably conserved in relation to the genome of the strain CCY9414, which is known to cause large toxic blooms in the Baltic Sea
 
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Data de Publicação
2017-10-30
 
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