Análise de sequências de inserção e transposons nos genomas de bactérias fitopatogênicas
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Data de Publicação: | 2021 |
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Resumo: | O desenvolvimento de resistência contra os principais métodos de controle a doenças causadas por fitopatógenos são um dos principais problemas enfrentados na agricultura. Em 2012, Mansfield et al., elaboraram um ranking classificando os dez principais fitopatógenos bacterianos de interesse agronômico e científico, sendo esses, Pseudomonas syringae patovares, Ralstonia solanacearum, Agrobacterium tumefaciens, Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xanthomonas campestris patovares, Xanthomonas axonopodis pv. manihotis, Erwinia amylovora, Xylella fastidiosa, Dickeya (dadantii e solani), Pectobacterium (carotovorum e atrosepticum). Estes fitopatógenos ainda são os maiores responsáveis por causar perdas e danos significativos em lavouras, são de difícil controle, apresentam significativa variabilidade genética dentro da mesma espécie e muitos são capazes de adquirir genes de forma horizontal que influenciam na patogênese. No entanto, pouco se sabe sobre a influência de transposons (Tns) e sequências de inserção (ISs) na virulência e adaptação de bactérias fitopatogênicas. Dessa forma, nosso estudo teve o objetivo de identificar e tentar entender o papel de sequências de inserção e transposons nos genomas completos das dez principais bactérias fitopatogênicas de acordo com a classificação de Mansfield et al., 2012.Neste trabalho, foi realizada a busca em 270 genomas completos desses fitopatógenos para a identificação e caracterização de ISs e Tns coletivamente denominados elementos transponíveis (ETs). Foram identificados um total de 35.692 sequências de inserção, sendo as famílias IS5, IS3, IS4 e IS110 as mais abundantes. A mediana de ISs encontradas em cada espécie, foi: 66,5 elementos por genoma em P. syringae, 60 em R. solanacearum, 10,5 em A. tumefaciens, 383,5 em X. oryzae, 65 em X. campestris, 60 em X. axonopodis, 2 em E. amylovora, 5,5 em X. fastidiosa, 21 em D. dadantii e 6 em D. solani, 6 em P. carotovorum e 8 em P. astrosepticum. Além disso, 71 transposons foram identificados, onde em quatro deles observamos a presença de genes acessórios que codificam resistência a estreptomicina e genes de patogenicidade, como as proteínas efetoras do tipo III de secreção HopX e Popp2 e proteínas efetoras que atuam como ativadores de transcrição em plantas. Verificamos também a presença de recombinações ectópicas mediadas por elementos transponíveis nas espécies do gênero Xanthomonas. Os perfis de inserção de ISs revelaram a proximidade desses elementos com genes de virulência e adaptação. Em X. oryzae, identificamos elementos ISs interrompendo genes de avirulência. As análises de pressão de seleção mostraram que ISs próximas a genes da família ATPases estão sendo selecionados positivamente em P. syringae, enquanto nessa mesma espécie, elementos próximos a genes que codificam bombas de efluxo sofrem um processo de eliminação dos genomas. A análise de dados de RNAseq das espécies P. syringae, X. oryzae e R. solanacearum mostraram mudanças significativas na expressão dos genes das transposases dos elementos transponíveis avaliados em diferentes condições de temperatura, meios de cultivo e estresse ao óxido nítrico e oxidativo. Por fim, detectamos dois sRNA putativos, sendo um cis-RNA codificado por uma IS que realiza possivelmente a regulação da transposição do próprio elemento e um trans-RNA codificado por um transposon e possivelmente que regula um gene que codifica uma proteína efetora da família TALE. Dessa maneira, nossos resultados sugerem que ETs interferem nos mecanismos de patogenicidade e adaptação desses fitopatógenos. Portanto, a compreensão abrangente do contexto desempenhado por ETs nos genomas de bactérias deve ser explorada com o intuito de identificar alvos críticos que no futuro podem auxiliar no gerenciamento de doenças e no controle de patógenos. Palavras-chave: Elementos genéticos móveis. Fitopatógenos. Virulência. Adaptação. |
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Queiroz, Marisa Vieira deBazzolli, Denise Mara SoaresFernandes, Alexia Suellenhttp://lattes.cnpq.br/4771706831884459Santana, Mateus Ferreira2023-08-23T13:00:36Z2023-08-23T13:00:36Z2021-12-06FERNANDES, Alexia Suellen. Análise de sequências de inserção e transposons nos genomas de bactérias fitopatogênicas. 2021. 62 f. Dissertação (Mestrado em Microbiologia Agrícola) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2021.https://locus.ufv.br//handle/123456789/31354https://doi.org/10.47328/ufvbbt.2022.066O desenvolvimento de resistência contra os principais métodos de controle a doenças causadas por fitopatógenos são um dos principais problemas enfrentados na agricultura. Em 2012, Mansfield et al., elaboraram um ranking classificando os dez principais fitopatógenos bacterianos de interesse agronômico e científico, sendo esses, Pseudomonas syringae patovares, Ralstonia solanacearum, Agrobacterium tumefaciens, Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xanthomonas campestris patovares, Xanthomonas axonopodis pv. manihotis, Erwinia amylovora, Xylella fastidiosa, Dickeya (dadantii e solani), Pectobacterium (carotovorum e atrosepticum). Estes fitopatógenos ainda são os maiores responsáveis por causar perdas e danos significativos em lavouras, são de difícil controle, apresentam significativa variabilidade genética dentro da mesma espécie e muitos são capazes de adquirir genes de forma horizontal que influenciam na patogênese. No entanto, pouco se sabe sobre a influência de transposons (Tns) e sequências de inserção (ISs) na virulência e adaptação de bactérias fitopatogênicas. Dessa forma, nosso estudo teve o objetivo de identificar e tentar entender o papel de sequências de inserção e transposons nos genomas completos das dez principais bactérias fitopatogênicas de acordo com a classificação de Mansfield et al., 2012.Neste trabalho, foi realizada a busca em 270 genomas completos desses fitopatógenos para a identificação e caracterização de ISs e Tns coletivamente denominados elementos transponíveis (ETs). Foram identificados um total de 35.692 sequências de inserção, sendo as famílias IS5, IS3, IS4 e IS110 as mais abundantes. A mediana de ISs encontradas em cada espécie, foi: 66,5 elementos por genoma em P. syringae, 60 em R. solanacearum, 10,5 em A. tumefaciens, 383,5 em X. oryzae, 65 em X. campestris, 60 em X. axonopodis, 2 em E. amylovora, 5,5 em X. fastidiosa, 21 em D. dadantii e 6 em D. solani, 6 em P. carotovorum e 8 em P. astrosepticum. Além disso, 71 transposons foram identificados, onde em quatro deles observamos a presença de genes acessórios que codificam resistência a estreptomicina e genes de patogenicidade, como as proteínas efetoras do tipo III de secreção HopX e Popp2 e proteínas efetoras que atuam como ativadores de transcrição em plantas. Verificamos também a presença de recombinações ectópicas mediadas por elementos transponíveis nas espécies do gênero Xanthomonas. Os perfis de inserção de ISs revelaram a proximidade desses elementos com genes de virulência e adaptação. Em X. oryzae, identificamos elementos ISs interrompendo genes de avirulência. As análises de pressão de seleção mostraram que ISs próximas a genes da família ATPases estão sendo selecionados positivamente em P. syringae, enquanto nessa mesma espécie, elementos próximos a genes que codificam bombas de efluxo sofrem um processo de eliminação dos genomas. A análise de dados de RNAseq das espécies P. syringae, X. oryzae e R. solanacearum mostraram mudanças significativas na expressão dos genes das transposases dos elementos transponíveis avaliados em diferentes condições de temperatura, meios de cultivo e estresse ao óxido nítrico e oxidativo. Por fim, detectamos dois sRNA putativos, sendo um cis-RNA codificado por uma IS que realiza possivelmente a regulação da transposição do próprio elemento e um trans-RNA codificado por um transposon e possivelmente que regula um gene que codifica uma proteína efetora da família TALE. Dessa maneira, nossos resultados sugerem que ETs interferem nos mecanismos de patogenicidade e adaptação desses fitopatógenos. Portanto, a compreensão abrangente do contexto desempenhado por ETs nos genomas de bactérias deve ser explorada com o intuito de identificar alvos críticos que no futuro podem auxiliar no gerenciamento de doenças e no controle de patógenos. Palavras-chave: Elementos genéticos móveis. Fitopatógenos. Virulência. Adaptação.A few of the critical problems confronting agriculture is the development of resistance to the main strategies of controlling diseases caused by phytopathogens. Mansfield et al. (2012) developed a ranking classifying the 12 most important plant pathogens of agricultural and scientific interest, with these microorganisms being referred to as Pseudomonas syringae pathovars, Ralstonia solanacearum, Agrobacterium tumefaciens, Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xanthomonas campestris pathovars, Xanthomonas axonopodis pv. manihotis, Erwinia amylovora, Xylella fastidiosa, Dickeya (dadantii e solani), Pectobacterium (carotovorum e atrosepticum).These phytopathogens are also the most responsible for causing significant losses and damage in lavouras, are difficult to control, have significant genetic variability within the same species, and many are capable of horizontally acquiring genes that influence pathogenesis. However, little is known about the role of transposons (Tns) and insertion sequences (ISs) in the virulence and adaptation of phytopathogenic bacteria. In this way, our study aimed to identify and comprehend the role of insertion and transposon sequences in the whole genomes of the ten main plant pathogens, as classified by Mansfield et al., 2012. In this context, a search was conducted in 270 complete genomes of these plant pathogens for the identification and characterization of ISs and Tns, known as transposable elements (ETs). A total of 35.692 insertion sequences were found, with the IS5, IS3, IS4, and IS110 families being the most prevalent. The median number of ISs found in each species was: 66,5 elements per genome in P.s syringae, 60 in R. solanacearum, 10,5 in A. tumefaciens, 383,5 in X. oryzae, 65 in X. campestris, 60 in X. axonopodis, 2 in E. amylovora, 5,5 in X. fastidiosa, 21 in D. dadantii e 6 in D. solani, 6 in P. carotovorum e 8 in P. astrosepticum. In addition, 71 transposons were identified, with four of them including accessory genes that code for resistance to estreptomicin as well as pathogenic genes such as type III secretion system effector, HopX and Popp2, and effector proteins that act as transcription activators in plants. We also identified by the presence of ectopic recombination mediated by elements found in Xanthomonas species. Furthermore, ISs insertion profiles revealed the proximity of these elements to genes of virulence and adaptation. Furthermore, in X. oryzae, we discovered ISs elements that disrupt avirulence genes. Selection pressure analyses revealed that ISs near to genes of the ATPase family are being selected positively in P. syringae, whereas elements near to ABC transporter efflux pumps are being selected negatively in the same species. Moreover, the analysis of RNAseq data from P. syringae, X. oryzae, and R. solanacearum revealed significant changes in the expression of genes encoding transposable elements tested under different temperature cultivation and stress conditions. Finally, we found two putative sRNAs, one cis-RNA codified by an IS and possibly regulating the frequency of transposition of the element itself, and one trans-RNA codified by a transposon and possibly regulating a TALE type effector protein. In this way, our results indicate that transposable elements (ETs) can impact the pathogenicity and adaptation mechanisms of these plant pathogens. Therefore, a comprehensive understanding of the context played by ETs in in bacterial genomes should be explored with the objective of identifying critical targets that can help in disease management and pathogen control in the future. Keywords: Self-transmissible mobile elements. Phytopathogens. Virulence. AdaptationCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorporUniversidade Federal de ViçosaMicrobiologia AgrícolaBactérias fitopatogênicas - GenéticaElementos de DNA transponíveisAdaptação (Fisiologia)Microbiologia AgrícolaAnálise de sequências de inserção e transposons nos genomas de bactérias fitopatogênicasAnalysis of insertion sequence and transposons in phytopathogenic bacteria genomesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisUniversidade Federal de ViçosaDepartamento de MicrobiologiaMestre em Microbiologia AgrícolaViçosa - MG2021-12-06Mestradoinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:LOCUS Repositório Institucional da UFVinstname:Universidade Federal de Viçosa (UFV)instacron:UFVORIGINALtexto completo.pdftexto completo.pdftexto completoapplication/pdf1933536https://locus.ufv.br//bitstream/123456789/31354/1/texto%20completo.pdfbc5acd8dfe9cf47e502c89c3d998ad20MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748https://locus.ufv.br//bitstream/123456789/31354/2/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52123456789/313542023-08-23 14:09:25.895oai:locus.ufv.br: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Repositório InstitucionalPUBhttps://www.locus.ufv.br/oai/requestfabiojreis@ufv.bropendoar:21452023-08-23T17:09:25LOCUS Repositório Institucional da UFV - Universidade Federal de Viçosa (UFV)false |
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