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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.95.2017.tde-06122017-114559
Document
Author
Full name
Luiz Thibério Lira Diniz Rangel
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2017
Supervisor
Committee
Setubal, João Carlos (President)
Lahr, Daniel José Galafasse
Souza, Emanuel Maltempi de
Varani, Alessandro de Mello
Zanotto, Paolo Marinho de Andrade
Title in Portuguese
O papel de transferência horizontal de genes na história evolutiva de duas classes de genes em bactérias
Keywords in Portuguese
Filogenômica
Fixação de nitrogênio
Sistema secretor do tipo III
Transferência horizontal de genes
Abstract in Portuguese
A Transferência Horizontal de Genes (THG) é um dos principais mecanismos de evolução bacterianos, impactando a evolução de praticamente todas famílias gênicas. Neste trabalho identificamos e avaliamos padrões de possíveis transferências horizontais de genes pertencentes a duas classes funcionais de dois níveis taxonômicos distintos. Caracterizamos a ocorrência e evolução de 45 genes importantes para a fixação de N2 em 479 genomas de Proteobacteria. Identificamos cinco potenciais aquisições de genes ligados a fixação de N2 por linhagens de Proteobacteria, as quais foram identificadas consistentemente em 36 dos genes analisados. Realizamos predições de transferências horizontais dos 45 entre todos os 479 genomas de Proteobacteria e identificamos possíveis enriquecimentos de THG, provavelmente ligados à sinais filogenéticos e ecológicos. Desenvolvemos um pipeline para identificação semi-automática de efetores do Sistema Secretor do Tipo III em Aeromonas, o qual reportou 21 famílias de potenciais efetores presentes em 105 genomas. Entre os 21 efetores identificados 17 foram descritos pela 1º vez em Aeromonas, corroborando a sensibilidade de nosso pipeline. Com o auxílio de nossos colaboradores foram realizados testes de citotoxidade para efetores identificados in silico, e apenas quatro não inibiram o crescimento de Saccharomyces cerevisiae. Por fim, desenvolvemos um método para agrupamento de famílias gênicas com histórias evolutivas similares que não requer a reconstrução de árvores filogenéticas, aumentando a eficiência computacional. Aplicamos o método desenvolvido para reconstrução da filogenia de Aeromonas, o qual mostrou-se compatível com dados presentes na literatura.
Title in English
The role of horizontal gene transfer in the evolutionary history of two bacterial gene classes
Keywords in English
Horizontal gene transfer
Nitrogen fixation
Phylogenomics
Type III secretion system
Abstract in English
Horizontal Gene Transfer (HGT) is one of main mechanisms of bacterial evolution, affecting virtually all gene families. In this document we identified and assessed putative horizontal transfers of genes from two functional classes from two distinct taxonomic levels. We characterized the distribution and evolution of 45 genes important to N2 fixation among 479 Proteobacteria genomes. We identified five potential distinct acquisitions of such genes by Proteobacteria lineages. The distinct origins are consistently identified in 36 out of the 45 assessed genes. We computed possible horizontal transfers of the 45 genes among the 479 Proteobacteria genomes, and we identified enrichments of HGT, likely related to phylogenetic and ecological signals. We developed a semi-automated pipeline to identify effectors of the Type III Secretion System within Aeromonas, which reported 21 putative effector families distributed among 105 genomes. Among the 21 likely effectors 17 have been described in Aeromonas for the first time, highlighting the sensibility of our pipeline. Our colaborators performed cytotoxicity tests for the 21 likely effector families identified by in silico analysis, and only four did not inhibited Saccharomyces cerevisiae growth. Lastly, we developed a method to cluster gene families according to shared evolutionary history, without the requirement of phylogenetic tree reconstruction, increasing computational efficiency. We applied this proposed method during Aeromonas phylogenetic reconstruction, and it showed up compatible with data available on the literature.
 
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tese_thiberio.pdf (3.92 Mbytes)
Publishing Date
2017-12-07
 
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