Orientador: Gonçalo Amarante Guimarães Pereira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-04T02:59:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fonseca_JosePedro_M.pdf: 497183 bytes, checksum: 992a81544cf97f11b6ecd399a3cf3172 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Transferência horizontal de genes (HGT) pode ser definida como a transmissão de genes entre diferentes grupos taxonômicos no qual o gene incorporado ao genoma do organismo receptor pode ser mantido ao longo de sucessivas gerações pelo sistema reprodutivo tradicional do receptor. HGT é reconhecida como uma das principais forças atuantes na evolução de genomas de procariotos, que têm significantes percentagens adquiridas por esse processo (1.5% a 14.5%).Em eucariotos, entretanto, o papel de HGT começou apenas recentemente a ser avaliado e geralmente é relacionado com algum cenário evolutivo específico como, por exemplo, a relação hospedeiro-patógeno. Espécies de fungos são consideradas especialmente suscetíveis a HGT por seu modo íntimo de associação com hospedeiros. Em vista disso, no presente projeto foi elaborado um protocolo para identificação de potenciais candidatos a HGT no genoma de Crinipellis perniciosa, o fungo causador da vassoura de bruxa nos cacauais. Primeiramente foi criado um banco de dados contendo todas as seqüências putativas de proteínas (ORFs) de fungos disponíveis no banco de dados do NCBI nr (03/2004). Uma montagem-rascunho de seqüências genômicas ¿shotgun¿ de C. perniciosa, num total de 17.000 contigs, foi então comparada, através de BLASTX, com esse banco de ORFs de fungos. Cerca de 5000 contigs de C. perniciosa que apresentaram similaridade com o banco de ORFs de fungos (e-value < e-5) foram eliminados, sendo considerados como contendo genes verticalmente transferidos. As demais 12.000 seqüências foram então comparadas por blastX contra nr, gerando um total de 357 ¿hits¿ com alta similaridade (e-value < e-5) com seqüências não encontradas dentro das seqüências de fungos até então depositadas.Estes 357 contigs foram então analisados pelo algoritmo BLASTP contra o NCBI-nr e destes 43 apresentaram alta similaridade com proteínas ou domínios conservados de organismos evolutivamente distantes a fungos: 16 apresentaram alta similaridade com plantas, 19 com bactérias e outros 09 com vertebrados/invertebrados. Entre os genes putativos mais interessantes destacam-se o gene ¿Thaumatin¿ (THN) e Transposase; cujas ORFs, à exceção de THN estão completas, não tem introns e apresentam sinais de endereçamento celular. Esses genes foram amplificados a partir do DNA genômico e cDNA da fase necrotrófica de C. perniciosa, confirmando assim sua presença no genoma do fungo, sendo inclusive validados através de sequenciamento. Entre os genes candidatos amplificados, Pollen e DAD não apresentaram uma amplificação consistente e análises através de BLASTN contra banco de dados de EST e do genoma do eucalipto indicaram uma possível contaminação. Um gene identificado neste trabalho cujo produto é biologicamente interessante é o gene ¿thaumatin¿ (THN), da família de genes PR-5 (¿pathogenesis-related¿), descrito como uma proteína antifúngica relacionada à patogênese e à resposta sistêmica a patógenos em plantas.Assim, o presente trabalho gerou uma lista de genes candidatos a terem a sua origem pela transferência horizontal e sua análise poderá permitir a compreensão de processos de interação patógeno hospedeiro / Abstract: Horizontal gene transfer (HGT) can be defined as the mobilization and transmission of DNA across species barriers other than through sexual transmission to the offspring (vertical descent). HGT has long been recognized as a major force affecting the evolution of prokaryotes as significant proportions of such genomes have been subjected to horizontal transfer (1.5% to 14.5%). The role of HGT in eukaryotes is still poorly demonstrated and only recently some individual cases have been reported, normally linked to some evolutive scenario such as host-pathogen interaction. It is said that fungal species are especially susceptible to HGT for their close associations with their hosts. This is especially the case for fungi with saprophytic mode of feeding that could somehow facilitate HGT. This is also the case in pathogens that share an intracellular environment with its host. We investigate here the possible role of HGT in the basidiomycete, saprophytic fungi C. perniciosa and its possible consequences to plant-pathogen interactions in the context of putative acquired HGT genes.Given the large number of sequences to examine and the expectation that only a few were horizontally transferred we created a stepwise approach based on genomic comparisons in order to reduce the number of HGT candidates through elimination of spurious HGT candidates.We first created a fungal database containing all fungal sequences available at NCBI at the time of the analysis and all fungal genomes available through the FTP site (NCBI). This fungal dataset was then compared to a draft assembly of C. perniciosa shotgun genomic sequences using BLASTX with an e-value cutoff higher than E>-5. This served to eliminate all sequences with high similarities to fungal sequences that are not considered as being subjected to HGT. Secondly, we made a second round of genomic comparison, this time against the NCBI-nr, containing all protein coding sequences and putative ORFs, through BLASTX with a cutoff BLAST e-value of e<-5. We managed to reduce our sequences from around 17.000 contigs to around 7.000 in the first round of screening and to only 357 contigs after the second round of genomic screening. Those 357 contigs were then examined for putative homologs using BLASTP against NCBI-nr and we selected 43 candidates of HGT showing high similarity to sequences of distantly related organisms, mainly plants and bacteria. We then moved on to perform Phylogenetic and Parametric analysis on those candidates to see if they confirmed HGT. Out of those 43 candidates we found a strong bias between plants and fungi, with 15 HGT candidates being proposed to have been transferred from plants to fungi. Out of those 15 plant candidates we found 6 transposons with high similarities to plants class 1 transposons, suggesting that transposons indeed might play a role in HGT. Two HGT candidates in our list (Transposase and THN) were successfully amplified through PCR and were sequenced. Further analysis suggested the presence of 6 contaminant sequences in the C. perniciosa genome from Eucalyptus through BLASTN scores against EST and eucalyptus databases including the putative genes for Pollen and DAD / Mestrado / Genetica de Microorganismos / Mestre em Genética e Biologia Molecular

Orientador: Gonçalo A. Guimarães Pereira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-15T02:44:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tiburcio_RicardoAugusto_D.pdf: 13957444 bytes, checksum: 5d1ae127f2574323a433b1478aeb3efe (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Moniliophthora perniciosa (Stahel) Aime & Phillips-Mora é um fungo basidiomiceto hemibiotrófico causador da vassoura de bruxa no cacau (Theobroma cacao L.). Esta doença é caracterizada pela produção de ramos hiperplásicos e hipertróficos e frutas partenogênicos durante a fase biotrófica, seguido por necrose dos tecidos infectados durante a fase necrotrófica. Esta é a principal doença da produção de cacau na América do Sul e no Caribe, tendo causado uma diminuição de mais de 65% na produção no sul da Bahia, a principal região produtora do país. Vários genes relacionados à patogenicidade foram encontrados em M. perniciosa como parte do Projeto Genoma da Vassoura de Bruxa. No entanto, os padrões de evolução destes genes, que poderiam ajudar a compreender a evolução da fitopatogenicidade dessa espécie, ainda não foram estudados. Também não foram estudados as mudanças ocorridas no genoma desta espécie durante a sua evolução. Estas mudanças são particularmente relevantes uma vez que a maioria das espécies estreitamente relacionadas com M. perniciosa não é fitopatogênica. Desta forma a compreensão da evolução deste modo de vida na espécie poderia ajudar a entender a evolução de fungos fitopatógenos em geral. Este trabalho tem como objetivo ampliar o conhecimento sobre o surgimento da patogenicidade em M. perniciosa analisando a evolução dos genes potencialmente relacionados a ela, aumentando assim o conhecimento sobre a vassoura de bruxa e ajudando na busca por uma maneira de controlar a doença. Para isso, foram estudados os padrões de evolução de diversos genes ligados ao processo de necrose característica da vassoura de bruxa e genes candidatos a terem sido obtidas por transferência horizontal de genes (HGT). Os resultados indicam que a evolução da patogenicidade em M. perniciosa envolveu tanto à aquisição de novos genes quanto a utilização para novas funções de outros já presentes nos ancestrais saprotróficos. Em particular, a busca de genes horizontalmente transferidos encontrou dois genes potencialmente envolvidos na doença que ainda não tinham sido estudados, sugerindo que a análise evolutiva a nível genômico é um instrumento relevante para a escolha de genes candidatos para análises em bancada. / Abstract: Moniliophthora perniciosa (Stahel) Aime & Phillips-Mora is a hemibiotrophic basidiomycete fungus that causes witches' broom disease in cocoa (Theobroma cacao L.). This disease is characterized by the production of hyperplasic and hypertrophic stems and parthenogenetic fruits during biotrophic life-phasee, followed by necrosis of infected tissues during necrotrophic life-phase. This is the main disease affecting the cocoa production in South America and the Caribbean, causing a decrease of more than 65% in the production in southern Bahia, the main producing region. Several genes related to pathogenicity were found in M. perniciosa as part of the Witches' Broom Genome Project. However the patterns of evolution of these genes, that could help to understand the evolution of plant pathogenicity in this species, were not yet studied. Also the changes occurred in this species at a genomic level during its evolution were not studied. These changes are particularly relevant since the majority of species closely related to M. perniciosa is not phytopathogenic and so the understanding of this evolution would help to understand the evolution of plant pathogens in general. This work attempts to increase the knowledge about the emergence of pathogenicity in M. perniciosa studding the evolution of genes potentially related to it, therefore increasing the knowledge about the witches' broom and helping in the search for a way to control the disease. To do that, it were studied the evolutionary patterns of several genes related with the necrosis process characteristic of witches' broom and genes candidate to have been obtained by horizontal gene transfer (HGT). These later were detected by a genome level screening. The results indicate that the evolution of plant pathogenicity in M. perniciosa involved both the acquisition of new genes and the use of genes already present in the saprotrophic ancestral in new functions. In particular, the search for horizontally transferred genes found two genes potentially involved in the disease which were not yet studied, suggesting that the evolutionary analysis at the genomic level is a relevant tool to the choice of genes candidate to laboratory analysis. / Doutorado / Genetica de Microorganismos / Doutor em Genetica e Biologia Molecular