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http://hdl.handle.net/1843/78507| Type: | Tese |
| Title: | Long non-coding RNA in thermophilic fungi |
| Other Titles: | RNA longos não codificantes em fungos termofílicos |
| Authors: | Roger Gomes da Silva |
| First Advisor: | Aristóteles Góes Neto |
| metadata.dc.contributor.advisor2: | Glória Regina Franco |
| First Referee: | Cristiane Paula Gomes Calixto |
| Second Referee: | Bruno Silva Andrade |
| Third Referee: | Sara Cuadros Orellana |
| metadata.dc.contributor.referee4: | Rodrigo Juliani Siqueira Dalmolin |
| metadata.dc.contributor.referee5: | Alessandro de Mello Varani |
| Abstract: | Organismos que vivem em ambientes extremos, como aqueles encontrados em altas temperaturas, sempre despertaram nossa curiosidade na tentativa de compreender quais mudanças biológicas permitiram esses organismos prosperarem em condições ambientais extremas.AmaioriadosorganismostermofílicospertenceaosdomíniosBacteriaeArchaea.No entanto,háumpequenoeinteressantegruponodomínioEukarya,comoosfungostermofílicos, capazesdesedesenvolveremtemperaturasentre45°Ce60°Cequenãoconseguemcrescer em temperaturas ordinárias (15°C–25°C). Recentemente, os RNAs longos não codificantes (lncRNAs) emergiram como reguladores da expressão gênica, particularmente em resposta ao estresse ambiental. No entanto, a sua função biológica em organismos que habitam ambientes extremos, como os fungos termofílicos, permanece pouco compreendida. Neste trabalho, buscamos investigar a funçãoeosignificadoevolutivodaslncRNAsemfungostermofílicosemesofílicos,comfocoem suas potenciais contribuições para sua adaptação térmica. Foi desenvolvido um pipeline computacional para aprimorar a análise de dados de RNA-seq, identificando lncRNAs estruturalmente idênticos entre replicatas biológicas. Esse método reduz a variabilidade, ao mesmo tempo, melhorando a confiabilidade da expressão gênica desses transcritos, proporcionando análisesmaisprecisasdaatividadetranscricionale minimizandoaexpressãogênicaestocásticaeruídoemdecorrênciadeartefatostécnicos.Em fungostermofílicos,comoThermothelomycesthermophilus,essaabordagempermitiuobservar padrõesdeexpressãodistintosentrelncRNAseproteínasdechoquetérmico(HSPs),principais reguladores das respostas ao estresse celular. E ainda, transcritos estruturalmente idênticos demonstraram ser uma referência confiável para análises subsequentes, garantindo comparações estatísticas robustas, considerando ainda, os eventos de splicing alternativo. Em um estudo comparativo entre o fungo termofílico T. thermophilus e o mesofílico Chaetomium globosum, identificamos diferenças significativas nos repertórios de lncRNAs dessesfungos.Ofungotermofílicoexibiuumaquantidade70%maiordelncRNAsintergênicos, quando comparados com o mesofílico, sugerindo um potencial papel na adaptação desses organismos. Curiosamente, uma das características dos organismos que prosperam emaltas temperaturaséareduçãodogenoma,issotambémseaplicaaosfungostermofílicos.Porém,otamanho médiodessestranscritosintergênicospermaneceu,praticamente,idênticoquandose compara o fungo termofílico e mesofílico, indicando uma possível conservação em sua estrutura.Alémdisso,foiidentificadoumaumentode,aproximadamente,trêsvezesnonúmero deisoformasdelncRNAsnofungotermofílicos,particularmenteemregiõesintergênicas,oque sugere pode sugerir um mecanismo de adaptação ao estresse térmico. Nossa análise também revelou uma discrepância nos padrões de expressão gênica entre fungos termofílicos e mesofílicos, sendo que os fungos termofílicos apresentaram mais transcritos com baixa abundância (TPM), sugerindo uma regulação gênica precisa de genes, provavelmente uma característica relacionada à temperatura. Essa observação destaca a importância regulatória dos lncRNAs, que, apesar de sua pouca abundância, desempenham papeis cruciais na regulação da expressão gênica sob condições extremas. Além disso, a presença de motifs conservados nessas sequências de lncRNAs termofílicos e mesofílicos, sugerindoumpapelregulatórioentreessesorganismos,sendoqueessesmotifsprovavelmente contribuem para a formação da estrutura secundária dasmoléculasdeRNAeinteraçõesdas mesmas com proteínas. Também foi analisada a expressão das RNA polimerases (RNAP) I, II e III, que são críticasparaaregulaçãotranscricionaldeRNAsnãocodificantes.AexpressãodaRNAPIIIfoi significativamente elevada em fungos termofílicos em todas as temperaturas que esses organismos foram cultivados, ressaltando a importância desses transcritos no perfil transcricional do fungo termofílico. Curiosamente, os fungos termofílicos apresentaram transcritos mais longos de RNAP I e III, sugerindo uma outra possível adaptação evolutiva relacionadacomoaumentodaeficiênciaeaespecificidadetranscricionalsobcondiçõesdealta temperatura. Por fim, este trabalho fornece insights sobre os mecanismos moleculares e regulatórios que sustentam a adaptação térmica em fungos,comfocoparticularnopapeldos lncRNAs. Além disso,revelaaimportânciaestrutural,funcionaleevolutivadaslncRNAsedas RNA polimerases nos fungos termofílicos no processo de adaptação desses organismos aos ambientes extremos. |
| Abstract: | Organismslivinginharshenvironments,suchasthosefoundinhightemperatures,have always made our sense of curiosity tweak at trying to understand which internal biological changes make them thrive in extreme environmental conditions. Most thermophilic organisms arefoundinBacteriaandArchaeadomains.Nonetheless,thereisasmallandinterestinggroup in Eukarya,suchasthethermophilicfungi,whichareabletodevelopattemperaturesbetween 45°C and 60°C and cannot grow at ordinary temperatures (15°C–25°C). Long non-coding RNAs (lncRNAs) haverecentlyemergedascriticalregulatorsofgene expression,particularlyinresponsetoenvironmentalstresses.However,theirroleinorganisms inhabiting extreme environments, such as thermophilic fungi, remains poorly understood.This thesis investigates the function and evolutionary significance of lncRNAs in thermophilic and mesophilic fungi, with a focus on their potential contributions to thermal adaptation. We developed a computational pipeline designed to enhance RNA-seq analysis by identifying structurally identical lncRNAs across replicates. This method reduces variability, improvingthereliabilityofgeneexpressionstudiesbyprovidingmoreaccurateassessmentsof transcriptionalactivityandminimizingtheinfluenceofstochasticgeneexpressionandtechnical noise.Inthermophilicfungi,suchasThermothelomycesthermophilus,thisapproachallowedus toobservedistinctexpressionpatternsbetweenlncRNAsandHeatShockProteins(HSPs),key regulatorsofcellularstressresponses.Importantly,structurallyidenticaltranscriptswereshown to act as reliable reference points for downstream analysis, ensuring robust statistical comparisons while accounting for alternative splicing events. In a comparative study between the thermophilic T. thermophilus and the mesophilic Chaetomiumglobosum,weuncoveredsignificantdifferencesinthelncRNArepertoiresofthese fungi.Thermophilicfungiexhibiteda70%higherquantityofintergeniclncRNAs,suggestingtheir potential role in temperature adaptation through fine-tuning of gene expression. Interestingly, despite genome reduction in thermophilic fungi, the median length of intergenic lncRNAs remainedconsistentbetweenspecies,indicatingconservationinlncRNAstructure.Furthermore, athreefoldincreaseinthermophiliclncRNAisoforms,particularlyinintergenicregions,pointsto the potential role of alternative splicing as a mechanism for adapting to thermal stress.Our analysis also revealed a discrepancy in gene expression patterns between thermophilic and mesophilic fungi, with thermophilic species showing a higher abundance of transcriptsatlowerTPMvalues,suggestingfineregulationofkeygenesinvolvedintemperature adaptation. This observation highlights the regulatory importance of lncRNAs, which, despite their lower abundance, play crucial roles in the regulation of gene expression under extreme conditions. Additionally, the presence of conserved sequence motifs in both thermophilic and mesophilic lncRNAs further suggests a shared regulatory role, with these motifs likely contributing to RNA secondary structure formation and RNA-protein interactions. We also analyzed the expression of RNA polymerases (RNAP) I, II, and III,whichare critical for understanding the transcriptional regulation of non-coding RNAs.Theexpressionof RNAP III was significantly elevated in thermophilic fungi across all tested temperatures, underscoring the importance of non-coding loci in the thermophilic transcriptional landscape. Interestingly, thermophilic fungi exhibited longer RNAP I and III transcripts, suggesting evolutionary adaptations that enhance transcriptional efficiency and specificity under high-temperature conditions. Altogether,thisthesisprovidesnovelinsightsintothemolecularmechanismsunderlying thermal adaptation in fungi with a particularfocusontheroleoflncRNAs.Moreover,itreveals the structural, functional, and evolutionary significance of lncRNAs and RNA polymerases in thermophilic fungi, contributing to our understanding of how non-coding transcripts function in organismal adaptation to extreme environments. |
| Subject: | Bioinformática Fungos RNA Longo não Codificante Expressão Gênica |
| language: | eng |
| 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 Aberto |
| metadata.dc.rights.uri: | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/ |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/78507 |
| Issue Date: | 30-Sep-2024 |
| Appears in Collections: | Teses de Doutorado |
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|---|---|---|---|---|
| UFMG_thesis.pdf | Tese de doutorado em bioinformática | 5.21 MB | Adobe PDF | View/Open |
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