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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.17.2022.tde-08082022-112820
Documento
Autor
Nome completo
Ítalo Paulino Santana
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Ribeirão Preto, 2022
Orientador
Banca examinadora
Guazzaroni, María Eugenia (Presidente)
Ramos, Pablo Ivan Pereira
Silva, Roberto do Nascimento
Título em português
Análise integrativa de dados de expressão gênica de Rhodosporidium toruloides em condições relevantes para a indústria biotecnológica
Palavras-chave em português
Biotecnologia industrial
Fontes alternativas de carbono
Fontes de estresse
Rhodosporidium toruloides
RNA-Seq
Resumo em português
Rhodosporidium toruloides (R. toruloides) tem se destacado como uma alternativa aos organismos modelo já utilizados para conduzir bioprocessos industriais devido a algumas características como: (i) processamento eficiente de fontes de carbono complexas, (ii) alta produção e armazenamento de lipídios, (iii) carotenogênese, (iv) resistência inata à alguns inibidores químicos presentes em hidrolisados lignocelulósicos, e (v) ausência de patogenicidade. No entanto, para melhor explorar os potenciais dessa levedura e melhorar a eficiência desses bioprocessos, é necessário saber como ela lida biologicamente com diferentes condições de crescimento. Assim, nosso trabalho objetivou compreender o panorama da resposta transcricional de R. toruloides em diferentes condições de cultivo através da integração de dados de expressão gênica. Com esse propósito, 54 dados de RNA-Seq da cepa IFO0880 Δku70 de R. toruloides foram analisados. O controle de qualidade das reads brutas foi realizado com os programas FastQC e Trimmomatic, assim como o alinhamento das reads foi feito com Hisat2, a montagem de transcritos foi feita através do Stringtie, a análise diferencial de expressão foi realizada com o DESeq2, a anotação funcional e análise de enriquecimento funcional dos transcritos foi feita com Blast2GO. Os resultados da análise de perfil de crescimento indicam que a levedura é capaz de crescer até na presença dos estresses induzidos por 5% de etanol, 0,15% de ácido acético e de 40º C. Ao analisarmos o número de genes diferencialmente expressos (DEGs) de cada condição, podemos inferir que o número de DEGs muda em função das condições de cultivo como resultado do nível de perturbação do sistema causado por cada condição. Apesar da diferença no número total de DEGs entre condições, o número de DEGs up e down-regulados dentro cada condição é muito próximo ao equilíbrio, supostamente como resultado de uma tentativa de se alcançar a homeostase do sistema. Além disso, nossos resultados de análise de enriquecimento funcional para as condições de estresse fornecem algumas evidências de que os protagonistas na resposta ao estresse estão localizados na membrana celular e que as principais funçeõs moleculares associadas a essa resposta é a atividade oxidativa e atividade de transportador transmembrana. Considerando as condições de fonte de carbono, a resposta encontra-se associada ao metabolismo de carboidratos, produçoã de ATP, biogênese de ribossomos, tradução e divisão celular. Desse modo, este trabalho fornece um conhecimento biológico mais integrado da resposta transcricional de R. toruloides sob condições relevantes para a indústria biotecnológica.
Título em inglês
Integrative analysis of gene expression data of Rhodosporidium toruloides under relevant conditions to the biotechnological industry
Palavras-chave em inglês
Biotechnological industry
Carbon sources
Rhodosporidium toruloides
RNA-Seq
Stress sources
Resumo em inglês
Rhodosporidium toruloides (R. toruloides) has been highlighted as an alternative to model organisms already used to conduct industrial bioprocesses due to some characteristics such as: (i) efficient processing of complex carbon sources, (ii) high storage and production of lipids, (iii) carotenogenesis, (iv) innate resistance to some chemical inhibitors present in lignocellulosic hydrolisates, and (v) absence of pathogenicity. However, to better exploit the potentials of this yeast and improve the efficiency of these bioprocesses, it is needed to know how it biologically deals with different growth conditions. Thus, our work aimed to understand the landscape of the transcriptional response of R. toruloides under different culture conditions through the integration of gene expression data. For this purpose, 54 RNA-Seq data of R. toruloides IFO0880 Δku70 strain were analysed. The quality control of raw reads was performed by FastQC and Trimmomatic softwares, as well as read alignment was done by Hisat2, transcripts assembly was done by Stringtie, differential expression analysis was performed by DESeq2, transcripts functional annotation and functional enrichment analysis was performed by Blast2GO. The results of the growth profile analysis indicate that the yeast is able to grow even in the presence of stresses induced by 5% ethanol, 0.15% acetic acid and 40º C. By analyzing the total number of differentially expressed genes (DEGs) of each condition we can infer that the number of DEGs changes in function of the culture conditions as a result of the level of system disturbance caused by each condition. Despite this difference in total DEGs number between conditions, the number of up-regulated and down-regulated DEGs inside each condition is really near to the balance, supposedly as a result of a fight to achieve a system homeostasis. Furthermore, our enrichment analysis results of the stress conditions provide some evidences that the major players in the response to stress are placed at the cell membrane and the main molecular functions associated to this response are the oxidoreductase activity and transmembrane transporter activity. Considering the carbon source conditions, the response is associated with carbohydrate metabolism, ATP production, ribosome biogenesis, translation and cell division. Thus, this work provides a more integrated biological knowledge of the transcriptional response of R. toruloides under conditions relevant to the biotechnology industry.
 
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ITALOPAULINO.pdf (4.50 Mbytes)
Data de Publicação
2022-08-16
 
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