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Previous issue date: 2017-09-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Sugarcane (Saccharum spp.) is one of the most important crops in tropical and subtropical
regions of the world. It is cultivated in more than 100 countries, where it is used as raw
material to obtain sugar and bioethanol. Given its importance, many efforts have been carried
out to characterize the genome of sugarcane cultivars. The eukaryotic genomes are confined
in different cellular compartments that present different inheritance patterns. Plastids and
mitochondria have their own genetic system, comprising DNA, RNA and all the demanded
components for replication, transcription and protein synthesis, that occur inside these
organelles. The primary function of chloroplasts and mitochondria is energy transduction.
Chloroplasts are responsible to convert light into chemical energy during photosynthesis,
while mitochondria provides energy to the cell in form of ATP molecules during respiration. In
this work, the chloroplast and mitochondrial genomes of sugarcane cultivar RB867515 are
assembled and characterized, using data from two next generation sequencing technologies –
Illumina and PacBio. In chloroplasts, we sought to identify evidences of heteroplasmy, by
using long reads from PacBio technology in the assembly process. In mitochondria, we
investigated the occurrence of genetic and structural genomic variations. The assemblies were
carried out using screened reads for the organellar genomes. These reads were selected by
mapping whole genome shotgun reads to reference genome sequences of chloroplast and
mitochondria, that are publicly available. The organellar reads were assembled using SPAdes
and Organelle_PBA. Gene annotation was obtained using DOGMA, GeSeq and Mitofy tools.
Two chloroplast haplotypes (isoforms) were identified in the cultivar RB867515. These
isoforms are different from each other because they present a distinct orientation of the SSC
(small single copy) region, confirming the hypothesis of chloroplast heteroplasmy in
sugarcane. The genome of each chloroplast isoform comprises 141,181 bp, and shows a typic
quadripartite structure, that includes a long single copy region (LSC) of 83,047 bp, which is
flanked by two inverted repeat regions (IRs) of 22,795 bp and a small-single copy region
(SSC), between IRs, of 12,544 bp. The assembled mitochondrial genome comprised two
chromosomes of 300,765 bp and 194,383 bp. The estimates of GC (~44%) and AT (~56%)
contents were similar to those obtained for other angiosperms. A total of 39 CDSs, 5hypothetical conserved genes, 5 rRNAs, 18 tRNAs and 9 gene fragments transferred from
chloroplast were annotated. The RB867515 mitochondrial chromosomes showed differences
when compared to those from S. officinarum, including single nucleotide polymorphisms
(SNPs), genetic duplications and genomic expansions. / A cana-de-açúcar (Saccharum spp.) é uma das mais importantes culturas das regiões
tropicais e subtropicais do mundo. A cana é cultivada em mais de 100 países, fornecendo
matéria-prima para a obtenção de produtos como açúcar e bioetanol. Dada sua importância,
diversos esforços vêm sendo realizados com o objetivo de se realizar a caracterização
genômica de cultivares de cana-de-açúcar. Os genomas eucarióticos são distribuídos em
diferentes compartimentos celulares que apresentam padrões distintos de herança. Plastídeose mitocôndrias possuem sistema genético próprio, contendo DNA, RNA e todos os
componentes necessários para os processos de replicação, transcrição e síntese de proteínas,
que ocorrem nestas organelas. Cloroplastos e mitocôndrias são organelas que têm como
função principal a transdução de energia. Os cloroplastos são responsáveis pela conversão de
energia luminosa em energia química, durante a fotossíntese. As mitocôndrias fornecem
energia em forma de ATP, por meio da respiração celular. O presente trabalho foi
desenvolvido com o objetivo de se realizar a montagem e a caracterização dos genomas
cloroplastidial e mitocondrial da cultivar de cana-de-açúcar RB867515, utilizando dados de
sequenciamento de nova geração Illumina e PacBio. Em cloroplastos, buscou-se identificar,
pela utilização de reads longos obtidos pela tecnologia PacBio no processo de montagem,
evidências de ocorrência de heteroplasmia cloroplastidial em cultivares modernas de cana-de-
açúcar. No genoma mitocondrial investigou-se a ocorrência de variações genéticas e
genômicas estruturais. Os assemblies foram obtidos pela utilização de reads organelares,
selecionados através do mapeamento a sequências de referência de cloroplastos e
mitocôndrias, disponíveis publicamente. Os assemblies obtidos foram realizados com os
softwares SPAdes e Organelle_PBA. A anotação gênica foi realizada utilizando as ferramentas
DOGMA, GeSeq e Mitofy. Foram identificados dois haplótipos (isoformas) de cloroplastos na
cultivar RB867515. Estas isoformas diferem entre si pela ocorrência de orientações distintas
da região SSC (small single copy), confirmando a hipótese de heteroplasmia cloroplastidial em
cana-de-açúcar. Cada haplótipo é constituído por 141.181 pb e exibe uma estrutura
quadripartida típica, que inclui uma região longa de cópia única (LSC) de 83.047 pb
flanqueada por duas regiões de repetições invertidas (IRs) de 22.795 pb e uma pequena
região de cópia única (SSC) entre as IRs de 12.544 pb. O genoma mitocondrial montado foi
constituído por dois cromossomos: o cromossomo 1 de comprimento total de 300.765 pb e o
cromossomo 2, de 194.383 pb. As estimativas obtidas para os conteúdos GC (~44%) e AT
(~56%) foram concordantes com as de outras angiospermas. Foram anotados 39 CDSs, 5
genes hipotéticos conservados, 5 rRNAs, 18 tRNAs e 9 fragmentos de genes transferidos de
cloroplastos. A comparação dos cromossomos mitocondriais da cultivar RB867515 com
aqueles de S. officinarum permitiu a identificação de polimorfismos de bases únicas (SNPs),
duplicações gênicas e expansões genômicas.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.bc.ufg.br:tede/9005 |
| Date | 29 September 2017 |
| Creators | Feitosa, Mayara Stefany da Silva Mariano |
| Contributors | Coelho, Alexandre Siqueira Guedes, Coelho, Alexandre Siqueira Guedes, Borba, Tereza Cristina De Oliveira, Novaes, Evandro |
| Publisher | Universidade Federal de Goiás, Programa de Pós-graduação em Genética e Melhoramento de Plantas (EA), UFG, Brasil, Escola de Agronomia - EA (RG) |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFG, instname:Universidade Federal de Goiás, instacron:UFG |
| Rights | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | -6265679607231828330, 600, 600, 600, 600, -6046953723502374070, -7397920248419280716, 2075167498588264571 |
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