Publicação

A global phylogeographic survey of Sccharomyces uvarum

Detalhes bibliográficos
Resumo:	As leveduras do género Saccharomyces têm sido consideradas objectos de estudo interessantes em biologia evolutiva e genética populacional dada a sua distribuição ubíqua, relevância como organismos modelo, disponibilidade de informação genómica para todas as espécies e importância nas indústrias fermentativas (fermentação da cerveja e do vinho, panificação, entre outras similares). No entanto, apesar da sua relevância como organismos modelo em inúmeras áreas da Biologia, muitas questões relacionadas com a sua ecologia e história evolutiva permanecem ainda sem resposta. Tal como S. cerevísíae, frequentemente usada na fermentação do mosto de vinho e do pão, S. uvarum é uma levedura importante na fermentação da cidra e de alguns tipos de vinho produzidos a baixas temperaturas. Apesar da sua ligação a processos fermentativos conduzidos pelo Homem, esta levedura é frequentemente encontrada na natureza nos mais diversos substratos como cascas de árvores, cogumelos, solo e até insectos. Estudos realizados em S. cerevísíae indicam que a divergência genética nesta espécie está ligada à especialização ecológica. Para além disso, foram identificados eventos de domesticação ligados ao vinho e ao saké, sendo que as estirpes associadas a estas fermentações apresentam menor diversidade genética que as selvagens, para além de que derivam filogeneticamente destas. Por outro lado, a espécie filogeneticamente mais próxima de S. cerevísíae, S. para doxus, é apenas isolada de ambientes naturais apresentando um padrão filogeográfico acentuado sendo reconhecidas várias populações geográficas. Tendo em conta que os padrões de diversidade genética de S. uvarum são ainda desconhecidos, neste trabalho foram estudadas 50 estirpes provenientes de substratos e regiões muito diversificadas com o objectivo de detectar indícios de domesticação e de esclarecer os aspectos que afectam a estrutura populacional nesta espécie. Foi realizada uma análise filogenética baseada na sequenciação parcial de três genes nucleares tendo sido identificados três grupos filogenéticos principais. Dois dos grupos corresponderam a duas regiões específicas: Australásia (clade C) e Patagónia (clade B). Todos os restantes isolados, incluindo alguns isolados da Patagánia, constituíram um grupo filogenético distinto (c1ade A) e bem separado do grupo da Australásia. A distribuição das estirpes da Patagónia ao longo de dois dos ramos filogenéticos é espelho da grande diversidade genética encontrada neste local. Quanto ao grupo das estirpes da Australásia, é caracterizado por uma elevada divergência genética relativamente aos restantes grupos. Esta divergência encontra correspondência a nível fenotípico e traduz-se também num isolamento reprodutor parcial relativamente aos indivíduos dos outros grupos filogenéticos e em evidências de diferenciação populacional. O mesmo não se verifica com as estirpes da Patagónia (clade B) que apesar da sua aparente divergência na análise filogenética, apresentam características fenotípicas semelhantes às de estirpes representativas do clade. A, inexistência de evidência de diferenciação populacional e ausência de isolamento reprodutor. No que diz respeito ao estudo da domesticação, não foi possível encontrar o padrão observado em S. eerevisiae visto que quer estirpes isoladas de ambientes naturais quer estirpes provenientes de cidra ou vinho se agrupam no mesmo ramo filogenético. Além disso, a diversidade genética das estirpes domesticadas não é inferior à das estirpes selvagens. Deste modo os resultados sugerem que o processo de domesticação que ocorreu em S. eerevisiae não se verifica em S. uvarum. É ainda de salientar que todas as estirpes provenientes do Hemisfério Sul foram isoladas ou de Nothofagus ou Cyttaria, sendo este último um fungo ascomiceta que é parasita obrigatório das árvores do género Nothofagus. Todas as espécies que constituem estes dois géneros povoam apenas alguns locais do Hemisfério Sul sendo que a actual distribuição está associada à separação do mega-continente Gondwana. Para além dos genes nucleares, dois genes mitocondriais foram também sequenciados para um conjunto de estirpes representativo dos grupos filogenéticos obtidos com as sequências nucleares. Nesta análise, a população da Australásia surgiu como a mais divergente relativamente a um grupo constituído pelas restantes populações de S. uvarum e S. bayanus (a espécie filogeneticamente mais próxima de S. uvarum). Devido à incongruência verificada entre as filogenias de genes nucleares e mitocondriais, e no sentido de evidenciar possíveis fenómenos de recombinação, foi realizada uma análise baseada em phylogenetie networks. Com esta análise foi possível evidenciar eventos de trocas génicas entre as populações da Patagónia e do Hemisfério Norte, corroborando assim a ligação entre as populações destes dois locais. Esta aparente ligação levou a questionar se o grupo da Patagónia consiste numa população diferente do grupo do Hemisfério Norte, tendo-se efectuado uma análise para detecção de estrutura populacional no programa Strueture. Nesta análise apenas se evidenciaram duas populações: uma correspondente às estirpes da Australásia e outra reunindo as restantes estirpes. Quando o programa foi forçado a considerar um número superior de populações a única partição encontrada consistiu na adição de mais uma população, tendo as estirpes da Patagónia sido distribuídas por dois elusters genéticos, sendo que um destes c1usters é marcadamente dominante no Hemisfério Norte. Estes resultados parecem sugerir a colonização do Hemisfério Norte a partir da América do Sul. Devido aos indícios sugeridos por estes resultados, foi realizada uma análise mais detalhada a nível populacional. Recorreu-se ao uso de três regiões microsatélite que, apresentando uma evolução mais rápida, podem ter relevância para estudos populacionais. Considerando a variação do número de repetições nas regiões microsatélite, confirmou-se a inexistência de estrutura populacional entre a Patagónia e o Hemisfério Norte, enquanto a diferenciação da população da Australásia se manteve. Observou-se ainda a existência de substituições nucleotídicas pontuais nas estirpes da Australásia e Patagónia, relativamente às restantes, sendo que nas primeiras estas parecem estar fixas na população, algo que pode sugerir a ancestralidade da mesma. Para além disso, tanto nas estirpes da Australásia como nas da Patagónia foram encontrados alelos privados com elevada frequência na população. Esta elevada frequência aliada a uma elevada diversidade genética no caso da Patagónia, sugere uma existência antiga, tendo decorrido gerações suficientes para se propagarem alelos únicos em grande parte da população. Outro dado interessante é a existência de alelos privados característicos do Hemisfério Sul (Australásia e Patagónia). Esta associação entre estes dois locais é corroborada pelos dados de diferenciação populacional, que não sugerem uma separação tão clara destes dois grupos relativamente à clara separação encontrada entre a Australásia e o Hemisfério Norte. Considerando os resultados obtidos no decurso deste estudo, a hipótese de trabalho para estudos futuros é a de que S. uvarum colonizou o Hemisfério Norte a partir de uma população original residente a Sul, provavelmente na América do Sul. Por outro lado, a ligação entre a Australásia e a Patagónia e a associação ao sistema Nothofagus - Cyttaria remete para os processos de deriva continental associada à separação do Gondwana. Trabalhos futuros, suportados em maior densidade de informação genética e em amostragens populacionais mais completas, serão necessários para completar o estudo da história evolutiva desta levedura, iniciado com este trabalho.
Autores principais:	Gonçalves, Carla Isabel Gomes, 1987-
Assunto:	Biologia molecular Saccharomyces uvarum Leveduras Filogeografia Teses de mestrado - 2011
Ano:	2011
País:	Portugal
Tipo de documento:	dissertação de mestrado
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade de Lisboa
Idioma:	inglês
Origem:	Repositório da Universidade de Lisboa

Descrição
Resumo:	As leveduras do género Saccharomyces têm sido consideradas objectos de estudo interessantes em biologia evolutiva e genética populacional dada a sua distribuição ubíqua, relevância como organismos modelo, disponibilidade de informação genómica para todas as espécies e importância nas indústrias fermentativas (fermentação da cerveja e do vinho, panificação, entre outras similares). No entanto, apesar da sua relevância como organismos modelo em inúmeras áreas da Biologia, muitas questões relacionadas com a sua ecologia e história evolutiva permanecem ainda sem resposta. Tal como S. cerevísíae, frequentemente usada na fermentação do mosto de vinho e do pão, S. uvarum é uma levedura importante na fermentação da cidra e de alguns tipos de vinho produzidos a baixas temperaturas. Apesar da sua ligação a processos fermentativos conduzidos pelo Homem, esta levedura é frequentemente encontrada na natureza nos mais diversos substratos como cascas de árvores, cogumelos, solo e até insectos. Estudos realizados em S. cerevísíae indicam que a divergência genética nesta espécie está ligada à especialização ecológica. Para além disso, foram identificados eventos de domesticação ligados ao vinho e ao saké, sendo que as estirpes associadas a estas fermentações apresentam menor diversidade genética que as selvagens, para além de que derivam filogeneticamente destas. Por outro lado, a espécie filogeneticamente mais próxima de S. cerevísíae, S. para doxus, é apenas isolada de ambientes naturais apresentando um padrão filogeográfico acentuado sendo reconhecidas várias populações geográficas. Tendo em conta que os padrões de diversidade genética de S. uvarum são ainda desconhecidos, neste trabalho foram estudadas 50 estirpes provenientes de substratos e regiões muito diversificadas com o objectivo de detectar indícios de domesticação e de esclarecer os aspectos que afectam a estrutura populacional nesta espécie. Foi realizada uma análise filogenética baseada na sequenciação parcial de três genes nucleares tendo sido identificados três grupos filogenéticos principais. Dois dos grupos corresponderam a duas regiões específicas: Australásia (clade C) e Patagónia (clade B). Todos os restantes isolados, incluindo alguns isolados da Patagánia, constituíram um grupo filogenético distinto (c1ade A) e bem separado do grupo da Australásia. A distribuição das estirpes da Patagónia ao longo de dois dos ramos filogenéticos é espelho da grande diversidade genética encontrada neste local. Quanto ao grupo das estirpes da Australásia, é caracterizado por uma elevada divergência genética relativamente aos restantes grupos. Esta divergência encontra correspondência a nível fenotípico e traduz-se também num isolamento reprodutor parcial relativamente aos indivíduos dos outros grupos filogenéticos e em evidências de diferenciação populacional. O mesmo não se verifica com as estirpes da Patagónia (clade B) que apesar da sua aparente divergência na análise filogenética, apresentam características fenotípicas semelhantes às de estirpes representativas do clade. A, inexistência de evidência de diferenciação populacional e ausência de isolamento reprodutor. No que diz respeito ao estudo da domesticação, não foi possível encontrar o padrão observado em S. eerevisiae visto que quer estirpes isoladas de ambientes naturais quer estirpes provenientes de cidra ou vinho se agrupam no mesmo ramo filogenético. Além disso, a diversidade genética das estirpes domesticadas não é inferior à das estirpes selvagens. Deste modo os resultados sugerem que o processo de domesticação que ocorreu em S. eerevisiae não se verifica em S. uvarum. É ainda de salientar que todas as estirpes provenientes do Hemisfério Sul foram isoladas ou de Nothofagus ou Cyttaria, sendo este último um fungo ascomiceta que é parasita obrigatório das árvores do género Nothofagus. Todas as espécies que constituem estes dois géneros povoam apenas alguns locais do Hemisfério Sul sendo que a actual distribuição está associada à separação do mega-continente Gondwana. Para além dos genes nucleares, dois genes mitocondriais foram também sequenciados para um conjunto de estirpes representativo dos grupos filogenéticos obtidos com as sequências nucleares. Nesta análise, a população da Australásia surgiu como a mais divergente relativamente a um grupo constituído pelas restantes populações de S. uvarum e S. bayanus (a espécie filogeneticamente mais próxima de S. uvarum). Devido à incongruência verificada entre as filogenias de genes nucleares e mitocondriais, e no sentido de evidenciar possíveis fenómenos de recombinação, foi realizada uma análise baseada em phylogenetie networks. Com esta análise foi possível evidenciar eventos de trocas génicas entre as populações da Patagónia e do Hemisfério Norte, corroborando assim a ligação entre as populações destes dois locais. Esta aparente ligação levou a questionar se o grupo da Patagónia consiste numa população diferente do grupo do Hemisfério Norte, tendo-se efectuado uma análise para detecção de estrutura populacional no programa Strueture. Nesta análise apenas se evidenciaram duas populações: uma correspondente às estirpes da Australásia e outra reunindo as restantes estirpes. Quando o programa foi forçado a considerar um número superior de populações a única partição encontrada consistiu na adição de mais uma população, tendo as estirpes da Patagónia sido distribuídas por dois elusters genéticos, sendo que um destes c1usters é marcadamente dominante no Hemisfério Norte. Estes resultados parecem sugerir a colonização do Hemisfério Norte a partir da América do Sul. Devido aos indícios sugeridos por estes resultados, foi realizada uma análise mais detalhada a nível populacional. Recorreu-se ao uso de três regiões microsatélite que, apresentando uma evolução mais rápida, podem ter relevância para estudos populacionais. Considerando a variação do número de repetições nas regiões microsatélite, confirmou-se a inexistência de estrutura populacional entre a Patagónia e o Hemisfério Norte, enquanto a diferenciação da população da Australásia se manteve. Observou-se ainda a existência de substituições nucleotídicas pontuais nas estirpes da Australásia e Patagónia, relativamente às restantes, sendo que nas primeiras estas parecem estar fixas na população, algo que pode sugerir a ancestralidade da mesma. Para além disso, tanto nas estirpes da Australásia como nas da Patagónia foram encontrados alelos privados com elevada frequência na população. Esta elevada frequência aliada a uma elevada diversidade genética no caso da Patagónia, sugere uma existência antiga, tendo decorrido gerações suficientes para se propagarem alelos únicos em grande parte da população. Outro dado interessante é a existência de alelos privados característicos do Hemisfério Sul (Australásia e Patagónia). Esta associação entre estes dois locais é corroborada pelos dados de diferenciação populacional, que não sugerem uma separação tão clara destes dois grupos relativamente à clara separação encontrada entre a Australásia e o Hemisfério Norte. Considerando os resultados obtidos no decurso deste estudo, a hipótese de trabalho para estudos futuros é a de que S. uvarum colonizou o Hemisfério Norte a partir de uma população original residente a Sul, provavelmente na América do Sul. Por outro lado, a ligação entre a Australásia e a Patagónia e a associação ao sistema Nothofagus - Cyttaria remete para os processos de deriva continental associada à separação do Gondwana. Trabalhos futuros, suportados em maior densidade de informação genética e em amostragens populacionais mais completas, serão necessários para completar o estudo da história evolutiva desta levedura, iniciado com este trabalho.