Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/65117
Type: Dissertação
Title: Genômica comparativa revela diversificação acelerada do plastoma de Ochrophyta a partir da endossimbiose secundária com um grupo basal de algas vermelhas
Authors: Luís Gustavo Araújo Garcia
First Advisor: Luiz Eduardo Vieira Del Bem
First Co-advisor: Paula Luize Camargo Fonseca
First Referee: Luiz Eduardo Vieira Del Bem
Second Referee: Marcelo Rogalski
Third Referee: Sabrina de Azevedo Silveira
Abstract: Os eucariotos fotossintetizantes surgiram a partir da endossimbiose primária de um eucarioto heterotrófico unicelular com uma cianobactéria ancestral, dando origem aos plastídios presentes em Archaeplastida, o supergrupo de eucariotos que inclui Viridiplantae (algas verdes e plantas terrestres), Rhodophyta (algas vermelhas) e Glaucófitas (algas de água doce). Diversos organismos eucarióticos adquiriram plastídios através das algas verdes ou vermelhas em um processo conhecido como endossimbiose secundária. Entre eles, estão o diverso filo das Ochrophyta (algas marrons), que possuem plastídios de origem vermelha, e contém o clado das diatomáceas, que são a principal fonte primária de oxigênio atmosférico atualmente. Todos os plastídios possuem o seu próprio genoma, denominado de plastoma, contendo diversos genes que variam desde expressão gênica basal até a formação dos complexos de proteína do fotossistema I e II, os responsáveis pela etapa clara da fotossíntese. Durante o processo de adaptação do plastídio, diversos destes genes foram transferidos para o genoma nuclear destes organismos em um processo denominado de Endossimbiotic Gene Transfer (EGT). Considerando a história evolutiva dos plastídios e sua importância ecológica para a manutenção da vida terrestre, o objetivo de nosso estudo é identificar padrões evolutivos dentro dos plastomas de plastídios das linhagens vermelha, realizando uma comparação geral entre Viridiplantae, Rhodophyta e Ochrophyta. Obtivemos os dados públicos de todos os plastomas e realizamos uma abordagem in silico de genômica comparativa. A partir de nossas análises, identificamos que o organismo que deu origem ao plastídio em Ochrophyta foi um ancestral de uma linhagem basal de Rhodophyta (Cyanidiophyceae). Identificamos uma maior taxa de dN/dS em genes dos fotossistemas de Ochrophyta em comparação com os genes de Rhodophyta, e divergências na estrutura terciária das proteínas do fotossistema II. Houve uma tendência de simplificação do plastoma de Ochrophyta, com a perda de genes correlacionado com a redução do tamanho total do plastoma; estes genes perdidos no plastoma em parte foram transferidos por EGT para o genoma nuclear, ou foram totalmente perdidos a depender de sua função. Identificamos que a estrutura genômica do plastoma de Ochrophyta é divergente com o que é tipicamente encontrado em Rhodophyta, se assemelhando mais ao que é encontrado no plastoma da linhagem verde; dentro desta estrutura, há a manutenção das regiões Inverted Repeats onde genes tipicamente não duplicados (como o do fotossistema) estão em seu interior e são duplicados. A partir destes resultados, criamos a hipótese que há uma aproximação evolutiva entre Viridiplantae e Ochrophyta, e o plastídio de Rhodophyta é um outlier dentro da história evolutiva dos plastídios.
Abstract: Photosynthesizing eukaryotes arose from the primary endosymbiosis of a single-celled heterotrophic eukaryote with an ancestral cyanobacteria, giving rise to the plastids present in Archaeplastida, the supergroup of eukaryotes that includes Viridiplantae (green algae and land plants), Rhodophyta (red algae) and Glaucophytes (freshwater algae). Several eukaryotic organisms have acquired plastids through green or red algae in a process known as secondary endosymbiosis. Among them are the diverse phylum of Ochrophyta (brown algae), which have plastids of red origin, and contains the clade of diatoms, which are the main primary source of atmospheric oxygen today. All plastids have their own genome, denominated as plastome, containing several genes ranging from basal gene expression to the formation of photosystem I and II protein complexes, which are responsible for the light stage of photosynthesis. During the process of adaptation of the plastid, several of these genes were transferred to the nuclear genome of these organisms in a process denominated as Endosymbiotic Gene Transfer (EGT). Considering the evolutionary history of plastids and their ecological importance, the aim of our study is to identify the evolutionary patterns within the plastomes of plastids of red lineages, performing a general comparison between Viridiplantae, Rhodophyta and Ochrophyta. We obtained the public data of all plastomes and performed an in silico approach of comparative genomics. From our analyses, we identified that the organism that originated the ancestral secondary plastid of Ochrophyta was an ancestor of a basal lineage of Rhodophyta (Cyanidiophyceae). We identified a higher rate of dN/dS in genes of Ochrophyta photosystems compared to Rhodophyta genes, and divergences in the tertiary structure of photosystem II proteins; these genes lost in the plastome were partly transferred by EGT to the nuclear genome or were lost entirely depending on their function. We identified that the genomic structure of the plastome of Ochrophyta is divergent from what is typically found in Rhodophyta, more closely resembling what is found in the plastome of the green lineage; within this structure, there is the maintenance of Inverted Repeats regions where typically unduplicated genes (such as that of the photosystem) are inside and are duplicated. From these results, we hypothesized that there is an evolutionary approximation between Viridiplantae and Ochrophyta, and the Rhodophyta plastid is an outlier within the evolutionary history of plastids.
Subject: Bioquímica e imunologia
Genômica
Plastídeos
Rodófitas
Evolução Biológica
Fotossíntese
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICB - INSTITUTO DE CIÊNCIAS BIOLOGICAS
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Bioinformatica
Rights: Acesso Restrito
URI: http://hdl.handle.net/1843/65117
Issue Date: 18-Sep-2023
metadata.dc.description.embargo: 18-Sep-2025
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

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