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Master's Dissertation
Full name
Alfredo Leonardo Porfirio de Sousa
Knowledge Area
Date of Defense
São Paulo, 2018
Lahr, Daniel José Galafasse (President)
Silva, Maria Fernanda Laranjeira da
Vaz, Aline Bruna Martins
Title in English
Elucidating the molecular machinery of an evolutionary novelty: Single-cell transcriptomics of Arcella intermedia and characterization of gene expression during shell formation
Keywords in English
Evolutionary novelty
Molecular model
Rab GTPases
Abstract in English
The present dissertation aims to shed light on the molecular machinery involved in the process of shell formation (thecagenesis) in Arcella (Arcellinida : Amoebozoa). Arcellinida are single-celled testate amoebae organisms, characterized by the presence of an outer shell (test or carapace); it is a monophyletic lineage of Amoebozoa, sister group to a naked amoeboid lineage. No homologous structure to shell is present in the sister group of Arcellinida, thus it is considered an evolutionary novelty. The origin and evolution of the shell in Arcellinida are currently open questions; deciphering its formation process is a key step to address these questions. During each reproductive process by budding division, these organisms build a new shell. In the span of more than a century, several authors have described the thecagenesis process on Arcellinida, primarily focusing on the genus \textit, based on cyto-morphological evidence. Conversely, the absence of molecular data has impaired advances on describing the molecular aspects of shell formation. In this study, we designed and applied a molecular framework to identify candidate genes and develop a molecular model for the shell formation process in Arcella; we based this framework on single-cell RNA-sequencing, gene expression profiling, Gene Ontology analysis, and comparative analysis of cyto-morphological with newly generated molecular data. We identify and propose a set of 539 genes as the candidate genes for shell formation, based on expression profiling and biological process assignment. We propose a model for the the shell formation process, which describes the mechanistic aspect of this process, hypothetically based on a molecular machinery conserved in Eukaryotes. Additionally, we identified a massive expansion of the Rab GTPase family, a protein likely to be involved on the process of shell formation. In the lights of the present study, we briefly discuss possible evolutionary scenarios involved on the origin and evolution of the shell and present future perspectives; we propose the shell of Arcellinida as a prosperous model to study the origin and evolution of evolutionary novelties, as well as other evolutionary questions
Title in Portuguese
Elucidando a maquinaria molecular de uma novidade evolutiva: transcriptomica single-cell de Arcella intermedia e caracterização da expressão gênica durante a formação de teca
Keywords in Portuguese
Modelo molecular
Novidade evolutiva
Rab GTPase
Abstract in Portuguese
A presente dissertação tem como objetivo lançar luz sobre a maquinaria molecular envolvida no processo de formação de teca (tecagênese) em \textit (Arcellinida: Amoebozoa). Arcellinida são amebas tecadas unicelulares, caracterizadas pela presença de uma teca (carapaça ou concha) externa; é uma linhagem monofilética de Amoebozoa, grupo irmão de alguns organismos amebóides nus. Nenhuma estrutura homóloga à carapaça está presente no grupo irmão de Arcellinida, sendo considerada como uma novidade evolutiva. A origem e evolução da carapaça em Arcellinida são questões em aberto; Decifrar seu processo de formação é um passo fundamental para abordar essas questões. Durante todo processo reprodutivo, por divisão por brotamento, estes organismo constroem uma nova concha. No decorrer de mais de um século, vários autores descreveram o processo de tecagênese nestes organismos, focando principalmente no gênero \textit, baseados em evidências cito-morfológicas. Enquanto isso, a ausência de dados moleculares impede avanços na descrição dos aspectos moleculares da formação de conchas. Neste estudo, projetamos e aplicamos uma \textit molecular para identificar genes candidatos e desenvolver um modelo molecular para o processo de formação de teca em \textit; Baseamos este \textit em sequenciamento de RNA \textit, perfil de expressão gênica, análise de \textit{Gene Ontology} e análise comparativa de dados cito-morfológicos e moleculares. Nós identificamos e propomos um conjunto de 539 genes como genes candidatos para a formação de carapaça, com base no perfil de expressão e na atribuição de processos biológica. Propomos um modelo para o processo de formação de carapaça, que descreve o aspecto mecanicista deste processo, hipoteticamente baseado em um mecanismo molecular conservado em Eucariotos. Além disso, identificamos uma expansão maciça da família gênica das Rab GTPase, gene provavelmente envolvida no processo de formação de carapaça. À luz do presente estudo, discutimos brevemente possíveis cenários evolutivos envolvidos na origem e evolução da teca e apresentamos perspectivas futuras; propomos a teca dos Arcellinida como próspero modelo para estudar a origem e evolução das novidades evolutivas, bem como outras questões evolutivas
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