Modelagem integrativa e in silico de dados multi-ômicos de filos de Archaea e Bacteria em solos amazônicos

Autor(es)

Leandro Nascimento Lemos

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Piracicaba.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Centro de Energia Nuclear na Agricultura (CENA/STB)
• Data de defesa: 2019-10-15

Membros da banca

Tsai Siu Mui; Fernando Dini Andreote; Alessandro de Mello Varani

• Orientador: Tsai Siu Mui

Resumo

A enorme quantidade de dados multi-ômicos gerados em projetos de microbiomas, tais como o projeto \"Dimensões US-BIOTA - São Paulo: pesquisa colaborativa: integrando as dimensões da biodiversidade microbiana ao longo de áreas de alteração do uso da terra em florestas tropicais (FAPESP 2014/50320-4)\", requer uma interpretação quantitativa das interações entre às três dimensões (filogenética, genética e funcional) da diversidade microbiana. O objetivo geral desta tese foi aplicar uma abordagem computacional integrativa para investigar o papel ecológico de Archaea e Bacteria de solos amazônicos, usando tecnologias de sequenciamento massivo de DNA, bioinformática e reconstrução de genomas a partir de metagenomas (MAGs), para entender não apenas a diversidade ecológica, mas também a evolução, o metabolismo e a distribuição biogeográfica. No primeiro capítulo, apresentamos uma visão geral dos principais tópicos abordados nesta tese. Depois, discutimos as principais abordagens comumente usadas em análises de bioinformática e na integração de dados gerados em estudos de microbiomas. No terceiro capítulo, a aplicação de uma abordagem integrativa nos permitiu descobrir que os traços funcionais associados a nitrificação, em Archaea (e.g., oxidação da amônia), pode ser um caráter derivado, que emergiu depois da diversificação das Thaumarchaeota (Archaea). Além do mais, analisando mais de 27.000 amostras ambientais, que estão depositadas em bancos de dados públicos, descobrimos que o grupo de Thaumarchaeota não-oxidadoras de amônia tem uma especificidade por determinados habitats (e.g., Group 1.1c é mais específico de solos e sedimentos não-salinos). Neste estudo, descrevemos pela primeira vez um genoma de Thaumarchaeota de solos tropicais. Adicionalmente, no capítulo quatro os resultados indicaram que os membros do filo CPR/Patescibacteria (Bacteria), identificados em solos de pastagem da Amazônia, apresentam genomas pequenos. Estes resultados também expandem a diversidade de ambientes dentro da distribuição deste novo grupo bacteriano. O terceiro e quarto capítulo destacam a importância dos métodos de reconstrução de genomas a partir de dados metagenômicos para a expansão dos bancos de dados de genomas de referência. Por último, no Capítulo 5, exploramos o efeito da conversão de floresta-em-pastagem e o aumento dos níveis de umidade do solo na composição de Archaea em solos amazônicos. Nossos resultados indicam que as alterações causadas pelos maiores níveis de umidade do solo são mais pronunciadas em pastagens, onde as comunidades foram mais sensíveis, aumentando o potencial de metanogênese, enquanto a floresta pode atuar como \"buffer\" durante a estação chuvosa e abrigar comunidades mais estáveis. Esta tese destaca a importância do uso de ferramentas avançadas de bioinformática e de abordagens computacionais integradas para uma melhor compreensão dos processos evolutivos, vias metabólicas e distribuição ambiental de microrganismos de microbiomas complexos (AU)

• Processo FAPESP: 16/18215-1 - Modelagem integrativa e in silico de dados multi-ômicos de comunidades de Archaea associadas à metanogênese em solos amazônicos
• Beneficiário: Leandro Nascimento Lemos
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado