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Tesis Doctoral
DOI
https://doi.org/10.11606/T.11.2020.tde-04062020-104047
Documento
Autor
Nombre completo
Bruno Costa Evangelista de Souza
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
Piracicaba, 2020
Director
Tribunal
Fiore, Marli de Fatima (Presidente)
Andreote, Fernando Dini
Branco, Luis Henrique Zanini
Mendes, Lucas William
Título en portugués
Caracterização genômica de bactérias heterotróficas associadas a cianobactérias da ordem Nostocales
Palabras clave en portugués
Binning
Cianosfera
Metagenômica
Simbiose
Resumen en portugués
Cianobactérias podem estabelecer associações ecológicas com muitos organismos, como fungos, animais e plantas. Embora cianobactérias possam também interagir com outras bactérias, essas associações são puco estudadas. As cianobactérias da ordem Nostocales são capazes de fixar nitrogênio atmosférico, sendo que todos utilizam a mesma estratégia para conseguir realizar esse metabolismo. Logo, tornam-se um modelo adequado para o estudo da interação bactéria-cianobactérias. Os avanços das técnicas de sequenciamento e da bioinformática vêm, nos últimos anos, permitindo que essas interações seja estudadas em maior detalhe. Dessa forma, neste trabalho, tivemos o objeto de caracterizar os genomas das bactérias da cianosfera de cinco linhagens de cianobactérias da ordem Nostocales analisando o potencial metabólico do consórcio. Para isso, os dados resultantes do sequenciamento em plataforma Illumina MiSeq dos cultivos unicianobacterianos das linhagens Sphaerospermopsis torques-reginae ITEP-024, Nostoc sp. CENA67, Fischerella sp. CENA161 e Cylindrospermopsis raciborskii CENA302 e CENA303 foram analisados, pré-processados e montados, e os genomas das cianobactérias e das bactérias da cianosfera foram reconstruídos, levando em conta a abundância e da proporção de conteúdo GC. Os genomas foram taxonomicamente classificados e funcionalmente anotados. A diversidade da comunidade foi acessada por meio da recuperação de sequências do gene 16S RNAr. Os dados brutos do sequenciamento também foram analisados para taxonomia e função no servidor MG-RAST. No total, 33 genomas de alta qualidade foram recuperados e identificados como pertendentes às classe Actinobacteria (1), Alphaproteobacteria (23), Bacteroidetes (2), Betaproteobacteria (4), Deltaproteobacteria (1) e Gammaproteobacteria (3). As análises de diversidade baseadas no gene 16S RNAr identificaram 41 gêneros de bactérias associadas às cianobactérias, distribuídos em 5 filos diferentes, revelando estrutura e composição distintas para cada consórcio. A análise funcional do consórcio revelou o potencial de produção de muitos metabólitos secundário pelas bactérias da cianosfera que podem atuar no estabelecimento e manutenção de sua associação com as cianobactérias. Os dados revelam ainda que a cianobactéria é a única fornecedora de nitrogênio para os organismos do consórcio, uma vez que é a única capaz de realizar o processo de fixação de nitrogênio. Por sua vez, as cianobactérias apresentam maior capacidade de utilização de fósforo inorgânico, enquanto que as bactérias da ciansfera têm genes para consumo de fontes de fósforo orgânico. Esses dados sugerem que as bactérias da cianosfera são dependentes do hospedeiro tanto em estrutura, como em função.
Título en inglés
Genome characterization of heterotrophic bacteria associated with nostocalean cyanobacteria
Palabras clave en inglés
Binning
Cyanosphrere
Metagenomic
Symbiosis
Resumen en inglés
Cyanobacteria may establish ecological associations with several organisms like fungi, animals and plants. Although cyanobacteria may also interact with other bacteria, these associations are little studied. Cyanobacteria from Nostocales order can fix atmospheric nitrogen, using the same strategy to perform the metabolism. Thus, they are an adequate model for study of bacteria- cyanobacteria interactions. The advantages of sequencing and bioinformatic techniques in the last years, allow a deeper study of these association. Then, this work aimed to characterize the genomes of cyanosphere bacteria of five Nostocalean cyanobacterial strains as in vitro consortia, analyzing the metabolic potential of the consortia. To achieve these goals, the MiSeq Illumina data sequencing from the unicyanobacterial strains Sphaerospermopsis torques-reginae ITEP-024, Nostoc sp. CENA67, Fischerella sp. CENA161 and Cylindrospermopsis raciborskii CENA302 and CENA303 were analyzed, pre-processed and assembled for subsequent genomes separation of the cyanobacterium and its cyanosphere bacteria, in function of abundance and GC content. The genomes were classified and functionally annotated. Consortia diversity was inferred by retrieving 16S rRNA gene sequences from metagenome. The raw data sequencing were also analyzed to taxonomy and function on MG-RAST server. A total of 33 high-quality genomes were recovered and identified on the classes Actinobacteria (1), Alphaproteobacteria (23), Bacteroidetes (2), Betaproteobacteria (4), Deltaproteobacteria (1) e Gammaproteobacteria (3). The diversity analysis based on 16S RNAr identified 41 genus of cyanosphere bacteria, distributed into five distinct phyla, revealing different structure and composition to each consortium. Functional analysis showed the potential production of many secundary metabolities by cyanosphere bacteria that can act in establishing and maintaining their association with cyanobacteria. Furthermore, the data reveal the cyanobacteria as the only nitrogen provider, since it is the only one capable of performing the nitrogen fixation process. On the other hand, cyanobacteria have a high capacity for using inorganic phosphorus, while associated bacteria have genes for consumption of organic sources of phosphorus. These results suggest that the cyanosphere bacteria are dependent on host in structure and function.
 
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Fecha de Publicación
2020-06-05
 
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