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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Título : Análise genômica da levedura xilanolítica Pseudozyma brasiliensis GHG001
Otros títulos : Genomic analysis of the xylanolytic yeast Pseudozyma brasiliensis GHG001
Autor : Santos, Renato Augusto Corrêa dos, 1990-
Advisor: Goldman, Gustavo Henrique
Resumen : Resumo: Os fungos do Filo Basidiomycota são os organismos mais relevantes na decomposição de matéria orgânica no planeta, sendo que os membros do subfilo Agaricomycotina são as principais espécies envolvidas na desconstrução de biomassa lignocelulósica. A família Ustilaginaceae pertence ao subfilo Ustilaginomycotina, grupo-irmão de Agaricomycotina, e inclui importantes fitopatógenos de gramíneas e leveduras não patogênicas que têm se destacado pelo potencial biotecnológico, incluindo a produção de enzimas de degradação de polímeros da parede celular de plantas. O xilano é o principal componente da porção hemicelulósica da parede celular de plantas e o entendimento de sua degradação por fungos, bem como do transporte de seu monômero, a xilose, para o interior celular e seu metabolismo interno, são essenciais para a aplicação industrial e o melhoramento genético destes organismos, incluindo a produção de bioetanol de segunda geração. A levedura xilanolítica Kalmanozyma brasiliensis GHG001 (previamente Pseudozyma brasiliensis) é um membro de Ustilaginaceae isolada do trato intestinal de uma larva de Chrysomelidae que parasitava a cana-de-açúcar, durante o screening de leveduras capazes de fermentar xilose, tendo se destacado pela produção de uma endoxilanase da família GH11. As abordagens ômicas são valiosas para a exploração do potencial de degradação de biomassa lignocelulósica. Trabalhos previamente realizados incluem genômica comparativa de diversos grupos de fungos ascomicetos e basidiomicetos com foco na degradação de lignocelulose e a transcriptômica com RNA-seq em basidiomicetos já foi estudada para entendimento da degradação de lignocelulose limitando-se, no entanto, aos membros de Agaricomycotina. Apesar do seu potencial biotecnológico e da disponibilidade das sequências genômicas de diversos membros, a família Ustilaginaceae permanece subexplorada. Neste trabalho, abordagens ômicas são usadas para a exploração do potencial biotecnológico desta família de fungos com foco na degradação de xilano e no metabolismo de xilose. Inicialmente, a análise de transcriptômica com RNA-seq é usada para melhorar a compreensão do metabolismo de xilano e xilose em K. brasiliensis GHG001, incluindo a expressão de genes que codificam as enzimas de degradação de xilano, os transportadores putativos de xilose e possíveis proteínas reguladoras da transcrição. A análise de RNA-seq foi usada também para o melhoramento da anotação estrutural desta levedura. Em seguida, uma abordagem de genômica comparativa foi aplicada para a exploração de outros membros da família com genomas sequenciados, incluindo leveduras isoladas de flores de Heliconia psittacorum, Moesziomyces spp. e Pseudozyma sp. pro tempore, potencialmente novas espécies. As análises de RNA-seq melhoraram significativamente a anotação estrutural do genoma de K. brasiliensis GHG001 e contribuíram para o melhor entendimento do metabolismo de pentoses e da regulação da expressão gênica. As análises filogenéticas de Ustilaginaceae contribuíram para a Sistemática da família de fungos e permitiram não apenas alocar as novas leveduras sequenciadas, mas também possibilitaram o estudo da genômica comparativa. Por fim, a prevalência de Enzimas Ativas em Carboidratos (CAZymes) e a evolução (expansões e contrações) de famílias CAZymes e de Proteínas Associadas à Transcrição (TAPs) destacaram aspectos importantes para o levantamento de hipóteses sobre a família de fungos

Abstract: Fungi in phylum Basidiomycota comprise the most relevant in decomposition of organic matter in our planet, and members of the Agaricomycotina sub-phylum are the main involved in deconstruction of lignocellulosic biomass. The family Ustilaginaceae belongs to sub-phylum Ustilaginomycotina, a sister clade of Agaricomycotina, and includes important grass phytopathogens and non-pathogenic yeasts, both have been highlighted because of their biotechnological potential, including production of enzymes for deconstruction of plant cell wall polymers. Xylan is the main component of the hemicellulosic portion of plant cell wall and the comprehension of its degradation by fungi, as well as the transport of its monomer, xylose, and its internal metabolism are essential for industrial application and genetic improvement of these organisms, including production of Second Generation Bioethanol. The xylanolytic yeast Kalmanozyma brasiliensis GHG001 (previously Pseudozyma brasiliensis) is a member of Ustilaginaceae isolated from the gut of a Chrysomelidae larvae that parasitized sugarcane, during a screening of yeasts able to ferment xylose, and was outstanding in overproduction of an endoxylanase of family GH11. Omics approaches are valuable for exploitation of the potential of lignocellulosic biomass deconstruction. Previous works have been carried out that included comparative genomics of several fungal groups within ascomycetes and basidiomycetes with focus on lignocellulose degradation and transcriptomics employing RNA-seq in basidiomycetes has already been carried out for understanding of lignocellulose degradation, but limited to Agaricomycotina. Despite its biotechnological importance and availability of genome sequences for several of its members, the family Ustilaginaceae remains underexplored. In this work, omics approaches have been applied to exploit the biotechnological potential of this fungal family with focus on xylan degradation and xylose metabolism. First, a transcriptomic analysis with RNA-seq was employed to improve our comprehension of xylan and xylose metabolism in K. brasiliensis GHG001, including the expression of genes coding for xylan degrading enzymes, putative xylose transporters, and possible transcriptional regulatory proteins. RNA-seq analysis was also used to improve the genome structural annotation of the yeast. Next, a comparative genomics approach was used to exploit other members of the fungal family with sequenced genomes, including three novel ustilaginaceous yeasts, possibly new species, isolated from flowers of Heliconia psittacorum, Moesziomyces spp. F16C1 and F8B2, and Pseudozyma sp. F5C1 pro tempore, potentially novel species. RNA-seq analyses improved the structural annotation of the K. brasiliensis GHG001 genome and allowed a better understanding of the pentose metabolism and regulation of gene expression. Phylogenetic analyses of the family Ustilaginaceae contributed to its Systematics, allowing the placement of sequenced yeasts and providing an accurate phylogeny for the comparative genomic analysis. Lastly, the prevalence of CAZYmes and the evolution (expansions and contractions) of CAZYme and TAP families highlighted important aspects for raising hypotheses about the fungal family
Palabras clave : Genômica
Comparação genômica
RNA-seq
Ustilaginaceae
Pentoses - Metabolismo
Language: Português
Editorial : [s.n.]
Fecha de publicación : 2018
Aparece en las colecciones: IB - Tese e Dissertação

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