Genômica de organelas de cana-de-açúcar (Saccharum spp. cultivar RB867515)

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dc.contributor.advisor1Coelho, Alexandre Siqueira Guedes
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0840926305216925eng
dc.contributor.referee1Coelho, Alexandre Siqueira Guedes
dc.contributor.referee2Borba, Tereza Cristina De Oliveira
dc.contributor.referee3Novaes, Evandro
dc.creatorFeitosa, Mayara Stefany da Silva Mariano
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/3422281068518402eng
dc.date.accessioned2018-10-29T10:36:46Z
dc.date.issued2017-09-29
dc.description.abstractSugarcane (Saccharum spp.) is one of the most important crops in tropical and subtropical regions of the world. It is cultivated in more than 100 countries, where it is used as raw material to obtain sugar and bioethanol. Given its importance, many efforts have been carried out to characterize the genome of sugarcane cultivars. The eukaryotic genomes are confined in different cellular compartments that present different inheritance patterns. Plastids and mitochondria have their own genetic system, comprising DNA, RNA and all the demanded components for replication, transcription and protein synthesis, that occur inside these organelles. The primary function of chloroplasts and mitochondria is energy transduction. Chloroplasts are responsible to convert light into chemical energy during photosynthesis, while mitochondria provides energy to the cell in form of ATP molecules during respiration. In this work, the chloroplast and mitochondrial genomes of sugarcane cultivar RB867515 are assembled and characterized, using data from two next generation sequencing technologies – Illumina and PacBio. In chloroplasts, we sought to identify evidences of heteroplasmy, by using long reads from PacBio technology in the assembly process. In mitochondria, we investigated the occurrence of genetic and structural genomic variations. The assemblies were carried out using screened reads for the organellar genomes. These reads were selected by mapping whole genome shotgun reads to reference genome sequences of chloroplast and mitochondria, that are publicly available. The organellar reads were assembled using SPAdes and Organelle_PBA. Gene annotation was obtained using DOGMA, GeSeq and Mitofy tools. Two chloroplast haplotypes (isoforms) were identified in the cultivar RB867515. These isoforms are different from each other because they present a distinct orientation of the SSC (small single copy) region, confirming the hypothesis of chloroplast heteroplasmy in sugarcane. The genome of each chloroplast isoform comprises 141,181 bp, and shows a typic quadripartite structure, that includes a long single copy region (LSC) of 83,047 bp, which is flanked by two inverted repeat regions (IRs) of 22,795 bp and a small-single copy region (SSC), between IRs, of 12,544 bp. The assembled mitochondrial genome comprised two chromosomes of 300,765 bp and 194,383 bp. The estimates of GC (~44%) and AT (~56%) contents were similar to those obtained for other angiosperms. A total of 39 CDSs, 5hypothetical conserved genes, 5 rRNAs, 18 tRNAs and 9 gene fragments transferred from chloroplast were annotated. The RB867515 mitochondrial chromosomes showed differences when compared to those from S. officinarum, including single nucleotide polymorphisms (SNPs), genetic duplications and genomic expansions.eng
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dc.description.resumoA cana-de-açúcar (Saccharum spp.) é uma das mais importantes culturas das regiões tropicais e subtropicais do mundo. A cana é cultivada em mais de 100 países, fornecendo matéria-prima para a obtenção de produtos como açúcar e bioetanol. Dada sua importância, diversos esforços vêm sendo realizados com o objetivo de se realizar a caracterização genômica de cultivares de cana-de-açúcar. Os genomas eucarióticos são distribuídos em diferentes compartimentos celulares que apresentam padrões distintos de herança. Plastídeose mitocôndrias possuem sistema genético próprio, contendo DNA, RNA e todos os componentes necessários para os processos de replicação, transcrição e síntese de proteínas, que ocorrem nestas organelas. Cloroplastos e mitocôndrias são organelas que têm como função principal a transdução de energia. Os cloroplastos são responsáveis pela conversão de energia luminosa em energia química, durante a fotossíntese. As mitocôndrias fornecem energia em forma de ATP, por meio da respiração celular. O presente trabalho foi desenvolvido com o objetivo de se realizar a montagem e a caracterização dos genomas cloroplastidial e mitocondrial da cultivar de cana-de-açúcar RB867515, utilizando dados de sequenciamento de nova geração Illumina e PacBio. Em cloroplastos, buscou-se identificar, pela utilização de reads longos obtidos pela tecnologia PacBio no processo de montagem, evidências de ocorrência de heteroplasmia cloroplastidial em cultivares modernas de cana-de- açúcar. No genoma mitocondrial investigou-se a ocorrência de variações genéticas e genômicas estruturais. Os assemblies foram obtidos pela utilização de reads organelares, selecionados através do mapeamento a sequências de referência de cloroplastos e mitocôndrias, disponíveis publicamente. Os assemblies obtidos foram realizados com os softwares SPAdes e Organelle_PBA. A anotação gênica foi realizada utilizando as ferramentas DOGMA, GeSeq e Mitofy. Foram identificados dois haplótipos (isoformas) de cloroplastos na cultivar RB867515. Estas isoformas diferem entre si pela ocorrência de orientações distintas da região SSC (small single copy), confirmando a hipótese de heteroplasmia cloroplastidial em cana-de-açúcar. Cada haplótipo é constituído por 141.181 pb e exibe uma estrutura quadripartida típica, que inclui uma região longa de cópia única (LSC) de 83.047 pb flanqueada por duas regiões de repetições invertidas (IRs) de 22.795 pb e uma pequena região de cópia única (SSC) entre as IRs de 12.544 pb. O genoma mitocondrial montado foi constituído por dois cromossomos: o cromossomo 1 de comprimento total de 300.765 pb e o cromossomo 2, de 194.383 pb. As estimativas obtidas para os conteúdos GC (~44%) e AT (~56%) foram concordantes com as de outras angiospermas. Foram anotados 39 CDSs, 5 genes hipotéticos conservados, 5 rRNAs, 18 tRNAs e 9 fragmentos de genes transferidos de cloroplastos. A comparação dos cromossomos mitocondriais da cultivar RB867515 com aqueles de S. officinarum permitiu a identificação de polimorfismos de bases únicas (SNPs), duplicações gênicas e expansões genômicas.eng
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESeng
dc.formatapplication/pdf*
dc.identifier.citationFEITOSA, M. S. S. M. Genômica de organelas de cana-de-açúcar (Saccharum spp. cultivar RB867515). 2017. 65 f. Dissertação (Mestrado em Genética e Melhoramento de Plantas) - Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2017.eng
dc.identifier.urihttp://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/9005
dc.languageporeng
dc.publisherUniversidade Federal de Goiáseng
dc.publisher.countryBrasileng
dc.publisher.departmentEscola de Agronomia - EA (RG)eng
dc.publisher.initialsUFGeng
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Genética e Melhoramento de Plantas (EA)eng
dc.rightsAcesso Aberto
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectCana-de-açúcarpor
dc.subjectCloroplastopor
dc.subjectHeteroplasmiapor
dc.subjectSSCpor
dc.subjectMitocôndria sugarcaneeng
dc.subjectChloroplasteng
dc.subjectHeteroplasmyeng
dc.subjectSSCeng
dc.subjectMitochondriaeng
dc.subject.cnpqGENETICA::GENETICA VEGETALeng
dc.titleGenômica de organelas de cana-de-açúcar (Saccharum spp. cultivar RB867515)eng
dc.title.alternativeOrganellar genomics in sugarcane (Saccharum spp. cultivar RB867515)eng
dc.typeDissertaçãoeng

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