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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.41.2019.tde-11012019-153800
Documento
Autor
Nome completo
Giulia Magri Ribeiro
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2018
Orientador
Banca examinadora
Lahr, Daniel José Galafasse (Presidente)
Nery, Mariana Freitas
Oliveira, Mariana Cabral de
Título em inglês
Transcriptome sequencing and annotation of the testate amoeba Arcella intermedia: Pathway description and gene discovery
Palavras-chave em inglês
Anaerobic metabolism
Lateral gene transfers
Testate-amoeba
Transcriptome
Resumo em inglês
Arcella Ehrenberg 1832 is one of the most numerous testacean genera. Arcellinids are an aerobic lineage of testate amoeba that live in a wide variety of environments. Probably their ability to survive in such divergent conditions is related to some de- gree of metabolic flexibility. Anaerobic organisms have gained and lost a number of genes related to energetic metabolism. These processes modify classic mitochondria until loss of function and transformation in mitochondrial related organelles (mitosomes and hydrogenosomes). Here I propose that Arcella intermedia adaptation to microarophilic environments is related to the acquisition of new genes. There are two main modes of acquisition of new genes. The traditional view, where duplication is followed by mutations and neo-functionality of the duplicate. Or genes can be acquired from other species (lateral gene transfers). The second process has a major importance in prokaryotic evolution and is probably under considered in eukaryotic evolution. I also propose in this work that genes related to anaerobic metabolism in Arcella are acquired by lateral gene transfer. However, analysis of genomic and transcriptomic data are absent for A.intermedia. Characterizing genome-scale data from eukaryotes is essential for gene discovery and for inferring transitions over the tree of life. The transcriptome dataset from this work provides the first effort of characterization of expressed sequences in A.intermedia. We used single cell from different moments of growth and whole culture RNA extraction in order to increase the diversity of metabolic moments of the cells. Mapped sequences allowed us to identify functional pathways in A.intermedia cells. In general, it seems that metabolic processes are showing up more, followed by signaling and responses to stimuli. We describe functioning of carbohydrate and energy metabolism including even an anaerobic pathway to produce energy. We found ACS-ADP and PFO genes in A.intermedia. We describe amino acid metabolism, with at least 12 amino acids metabolizing pathways described and catabolism mainly related to TCA cycle intermediates. Calcium, Ras GTPases, PI3K-AK and AMPK-mTOR are the main signaling pathways represented in transcriptomes. We described important pathways for amoeba: endocytosis and phagocytosis and it seems to be similar with the ones already described for other amoeba with a dependence on F-actin and small GTPases of Rho subfamily. We couldn't find lots of information about programmed cell death in A.intermedia, however cell growth are similar to pathways described for dinoflagellates. We expect that upcoming genomes will finish the description of functioning of those organisms, but we believe our work already is a good starting point. In order to gain a clearer picture of the presence of anaerobic metabolism genes in Amoebozoa, we conducted BLAST searches in Amoebozoa and Arcellinida data bases for the presence/absence of ACS-ADP, PFO and [FeFe]-H2ase. Other Arcellinida species also presented these genes, Difflugia sp., Difflugia compressa and Cyclopyxis lobostoma. Besides these, the already known Mastigamoeba balamuthi, Entamoeba histolytica and Acanthamoeba castelanii. Amoebozoa sequences don't form a monophyletic group in any of the three genes. However, Arcellinida sequences always grouped together. As such distinct amoeba groups have those anaerobic metabolism genes, however, most of the Amoebozoa do not. It is more likely to think of lateral transfers occurring independently among these amoeba groups, generating the possibility of occupying a new niche. The main objective of this work was to start generating tools to understand the ability of some testate amoeba to resist environmental harsh conditions. We found lots of interesting questions but the one we focused on this dissertation was (1) the evolution of anaerobic related genes in testate amoeba lineages. The assembled and annotated sequence data will be available as reference sequences, making the work with this group easier. The results can also potentially be applied as biomonitoring markers for the management of water resources. This work will improve the general knowledge on the evolution and function of freshwater organisms. We expect also to make a contribution on the understanding of the impact of lateral gene transfers in Arcellinida diversity
Título em português
Sequenciamento e anotação do transcriptoma da ameba tecada Arcella intermedia: descrição de vias e descobertas de genes
Palavras-chave em português
Metabolismo anaeróbio
Tecamebas
Transcriptoma
Transferências laterais de genes
Resumo em português
Arcella Ehrenberg 1832 é um dos gêneros de tecamebas mais numerosos, perten- cente aos Arcellinida. Estas são uma linhagem aeróbia de amebas tecadas que vivem em uma grande variedade de ambientes. Provavelmente, sua capacidade de sobreviver em condições tão divergentes está relacionada a algum grau de flexibilidade metabólica. Os organismos anaeróbicos ganharam e perderam vários genes relacionados ao metabolismo energético. Este processo modifica mitocôndrias clássicas até a perda da função e transformação em organelas relacionadas (mitossomos e hidrogenossomos). Aqui proponho que a adaptação de Arcella intermedia a ambientes microaerófilos está relacionada à aquisição de novos genes. Existem dois modos principais de aquisição de genes. Na visão tradicional, a duplicação gênica é responsável por gerar diversidade, seguida por mutações e neofuncionalidade da duplicata. Alternativamente, os genes podem ser adquiridos de outras espécies (transferências laterais de genes). O segundo processo tem uma grande importância evolutiva e é ainda pouco considerado na evolução eucariótica. Por isso, também proponho neste trabalho que genes relacionados ao metabolismo anaeróbico em Arcella sejam adquiridos por transferência lateral de genes. Entretanto, a análise de dados genômicos e transcriptômicos é inexistente para A.intermedia. A caracterização de dados em escala genômica de eucariotos é essencial para a descoberta de genes e para a inferência transições sobre a árvore da vida. O conjunto de dados de transcriptoma deste trabalho fornece um primeiro esforço de caracterização de sequências expressas em A. intermedia. Utilizamos extrações de célula-única em diferentes momentos de crescimento e extração de RNA de cultura inteira, a fim de aumentar a diversidade de momentos metabólicos das células. Sequências mapeadas permitiram identificar vias funcionais em células de A. intermedia. Em geral, parece que genes relacionados a processos metabo?licos são os que aparecem mais frequentemente, seguidos dos de sinalização e respostas a estímulos. Nós descrevemos a função do metabolismo de carboidratos e energia, incluindo uma via anaeróbica. Encontramos em A.intermedia os genes ACS-ADP e PFO. Descrevemos o metabolismo de aminoácidos, com pelo menos 12 vias metabólicas de aminoácidos descritas e catabolismo relacionado a intermediários do ciclo de TCA. Cálcio, Ras GTPases, PI3K-AK e AMPK-mTOR são as principais vias de sinalização representadas nos transcriptomas. Descrevemos importantes vias para amebas, que são endocitose e fagocitose. Parecem ser vias semelhantes àquelas já descritas para outras amebas, com dependência de F-actina e pequenas GTPases da subfamília Rho. Não conseguimos encontrar muitas informações sobre a morte celular programada em A. intermedia, mas o crescimento celular é semelhante com as vias descritas para os dinoflagelados. Esperamos que os próximos genomas terminem a descrição da função desses organismos, mas acreditamos que nosso trabalho já é um bom ponto de partida. A fim de obter uma visão mais clara da presença de genes de metabolismo anaeróbico em Amoebozoa, realizamos buscas no BLAST em bancos de dados de Amoebozoa e Arcellinida, para a presença/ausência de ACS-ADP, PFO e [FeFe] -H2ase. Outras espécies de Arcellinida também apresentaram estes genes, Difflugia sp, Difflugia compressa e Cyclopyxis lobostoma. Além destes, os já conhecidos Mastigamoeba balamuthi, Entamoeba histolytica e Acanthamoeba castelanii. Sequências de amebozoários não formam um grupo monofilético em nenhum dos três genes. No entanto, as sequencias de Arcellinida sempre se agrupam. Como são grupos de Amoebozoa de tal maneira distintos que possuem estes genes de metabolismo anaeróbico, e sendo que a maioria não possui, é mais provável que sejam transferências laterais independentes entre esses grupos de ameba, gerando a possibilidade de ocupar um novo nicho. O objetivo principal deste trabalho foi gerar ferramentas para entender a capacidade de algumas amebas tecadas em resistir a condições adversas do meio ambiente. Encontramos muitas questões interessantes, mas a que teve nosso foco nesta dissertação foi (1) a evolução de genes relacionados ao metabolismo anaeró?bio em linhagens de amebas tecadas. Os dados da sequência reunidos e anotados estarão disponíveis como sequências de referência, facilitando o trabalho com esse grupo. Os resultados também podem ser aplicados aos marcadores de biomonitoramento para o gerenciamento dos recursos hídricos. Este trabalho irá melhorar o conhecimento geral sobre a evolução e função de organismos de água doce. Esperamos tambem contribuir para a compreensão do impacto das transferências laterais na diversidade de Arcellinida
 
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Data de Liberação
2021-01-10
Data de Publicação
2019-02-11
 
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