Orientador: Gonçalo Amarante Guimarães Pereira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-21T13:33:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Favarelli_BrunaRoncon_M.pdf: 2940134 bytes, checksum: c25c1c788926b1cc98e26794405efafa (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A busca de fontes sustentáveis de bicombustíveis tem levado ao interesse renovado em microalgas como potencial matéria-prima. Esses organismos acumulam grandes quantidades de óleos sob a forma de triacilglicerídeos (TAG) quando em privação de nutrientes, entretanto, uma análise aprofundada dos mecanismos moleculares envolvidos nesse acúmulo ainda está no início. É improvável que uma espécie apresente naturalmente todas as características necessárias para a produção industrial de bicombustíveis, como altas taxas de crescimento e acúmulo de lipídios. Sendo assim, faz-se necessária a ampliação do conhecimento da genética, bioquímica e das técnicas de manipulação desses organismos para que futuramente a cepa ideal seja obtida por engenharia genética. A microalga verde Neochloris oleoabundans foi escolhida como objeto de estudo por ser naturalmente capaz de acumular grandes quantidades de TAG quando em privação de nitrogênio. Seu genoma foi sequenciado, visando à obtenção de indícios da origem genética do fenótipo de interesse. Foram preditos 10.006 genes distribuídos ao longo de 1.544 scaffolds, totalizando aproximadamente 40 Mb de genoma nuclear. A análise comparativa com outras cinco espécies de microalgas mostrou que o conteúdo do genoma de Neochloris se assemelha ao de Chlorella variabilis. A presença de famílias gênicas ortólogas muito pequenas na espécie estudada motivou a expansão dessa análise para as demais espécies de alga já sequenciadas, indicando que essa ausência de expansões gênicas pode ser um padrão de microalgas. As famílias gênicas exclusivas de Neochloris mostraram que a parede celular dessa espécie pode ser formada por hemicelulose e quitina, já que foram encontrados genes da síntese desses polissacarídeos no genoma. As vias de metabolismo energético foram mapeadas, permitindo entender o caminho energético existente na célula estudada. Além disso, a comparação do número de cópias dos diversos genes envolvidos nos processos de interesse permitiu levantar vias e moléculas chaves para estudos mais detalhados. Uma enzima chave envolvida na sinalização de privação de nitrogênio, a AMP deaminase, foi encontrada em maior número de cópias e pode estar envolvida no direcionamento para acúmulo de TAG. Há indícios de que um possível resultado da ausência de nitrogênio seja a remodelação de membranas 9 celulares, principalmente do cloroplasto, e quebra de pigmentos fotossintéticos. Essas reações podem gerar ácidos graxos livres e substâncias tóxicas para as células que são neutralizadas através de sua participação na síntese de TAG. O mecanismo de concentração de carbono empregado por um organismo fotossintetizante afeta o acúmulo de biomassa, pois plantas que utilizam o mecanismo C4-like são mais eficientes na fixação de carbono do que plantas C3. Não foi possível determinar qual o mecanismo preferencialmente empregado por Neochloris, mas grande parte dos genes envolvidos no mecanismo C4-like foi identificada no genoma. Tais genes consistem em alvos para manipulação genética, visando direcionar a fixação de carbono para C4-like. A maior eficiência fotossintética resultante pode ocasionar aumento da biomassa e do acúmulo de cadeias carbônicas na célula dessa alga, podendo gerar um maior acúmulo lipídico / Abstract: The search for sustainable sources for the production of biofuels has resulted in an increased interest in microalgae as a potential feedstock. These microorganisms accumulate large amounts of lipids in the form of triglycerides (TAG) when subjected to some types of nutrient deprivation. However, the elucidation of the molecular mechanisms involved in these metabolic responses is far from necessary for the effective use of microalgae in industrial processes. It is unlikely that a species naturally present all the characteristics necessary for the industrial production of biofuels, as for example high rates of growth and lipid accumulation. Thus, it is necessary to expand the knowledge of genetics, biochemistry and genetic manipulation of microalgae in order to adapt the productivity of wild-strains to the demands of the bioenergy sector. In this context, the green algae Neochloris oleoabundans was chosen as the object of study because it is naturally capable of accumulating large amounts of TAG when subjected to nitrogen deprivation. Its genome was sequenced in order to obtain genetic data to increase the understanding and, in the future, to produce phenotypes of interest. A total of 10,006 predicted genes were identified over the 1,544 scaffolds generated, totalizing approximately 40 Mb of nuclear genome. The comparative analysis with five other microalgae species showed that the genetic content of Neochloris resembles that of other green algae, Chlorella variabilis. The presence of small gene families in the species studied led to the expansion of this analysis for some other sequenced species of algae, indicating that the absence of gene expansions can be a common pattern of microalgae. The unique Neochloris gene families showed that the cell wall of this species may be formed from hemicelluloses and chitin, since genes associated to the metabolism of these polysaccharides were found in the in the genome. Metabolic reconstruction of energetic pathways allowed an increase in the comprehension of energy routes in Neochloris. Moreover, comparing the number of copies of several genes involved in the processes of interest allowed us the identification of key candidates for further studies. A key enzyme involved in signaling nitrogen deprivation, AMP deaminase, was found as presenting 11 various gene copies in Neochloris genome and may be involved in the response of TAG accumulation in situations of nitrogen deprivation. Also, there are some results indicating that the lack of nitrogen may promote the remodeling of cell membranes, especially in the chloroplast, as well as the breakage of photosynthetic pigments. These responses would generate free fatty acids and toxic substances, which would be therefore neutralized by the synthesis of TAG. Other response studied was the carbon concentration after photosynthesis. The carbon concentration mechanism employed by a photosynthetic organism affect the accumulation of biomass; it is known that plants using C4-like mechanism are more efficient than C3 plants. Despite the in silico data is insufficient to determine the mechanism employed by Neochloris, it was observed that most of the genes involved in C4-like mechanism were identified in its genome. These genes are interesting targets for genetic manipulation of Neochloris in order to adjust its metabolism towards a C4-like metabolism. In that case, it is expected that the resulting higher photosynthetic efficiency can lead to an increased biomass and larger accumulation of carbon chains in the cell of this alga, resulting in an increase in lipid productivity rates / Mestrado / Genetica de Microorganismos / Mestre em Genética e Biologia Molecular