Taxonomy, genomics and functional potential of the cyanobacteria Oxynema CENA135

Autor: Gladys Angélica Apaza Castillo
Přispěvatelé: Marli de Fatima Fiore, Luis Henrique Zanini Branco, Fernanda Rios Jacinavicius, Diego Mauricio Riaño Pachón
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2020
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
Universidade de São Paulo (USP)
instacron:USP
Popis: Oxynema é um gênero derivado do polifilético Phormidium, cujas poucas espécies registradas foram encontradas em ambientes de manguezal, marinhos, ou com alto teor de sal. As informações taxonômica e genômica, são quase inexistentes para ogênero, com algumas exceções de sequências de 16S RNAr e ITS 16S-23S disponíveis nos bancos de dados. Estudos anteriores realizados com a cianobactéria isolada do manguezal Brasileiro Oxynema sp CENA135 mostraram o seu potencial em sintetizar sideróforos, hidrocarbonetos alifáticos, substâncias anticancerígena e antimicrobiana, além de sua eficácia na degradação de alguns tipos de corantes têxteis. Neste trabalho, a linhagem Oxynema sp CENA135 foi analisada sob uma abordagem polifásica (morfologia, hábitat, filogenômica, filogenia do gene de 16S RNAr e estrutura secundária do ITS 16S-23S), incluindo a busca de genes ou agrupamentos gênicos envolvidos na biossíntese de produtos naturais e a detecção de bactérias associadas. Após a caracterização morfológica usando microscopia óptica e de varredura, realizou-se o sequenciamento genômico de uma biblioteca \"mate pair\" na plataforma HiSeq (Illumina). Este é o primeiro genoma do gênero Oxynema e, portanto, para a montagem foi usado o método de novo que resultou em 11 sequências contíguas em um tamanho total de 6,2 Mpb, com N50 de 3.591.108 pb, percentual G:C de 51,6% e cobertura média de 190x. O programa checkM estimou uma alta integridade do genoma (99,29%) e poucas contaminações (1,22%). A mineração do genoma revelou um potencial para biorremediação pela presença de genes envolvidos na resistência de cobre, cobalto, zinco, cádmio, mercúrio e detoxificação de arsênio, bem como a possível participação da enzima lacase na descolorização de corantes têxteis. Além disso, foram anotados agrupamentos gênicos potencialmente ligados à biossíntese e transporte do sideróforo schizokinen, bacteriocinas e um pigmento terpeno. Outros agrupamentos gênicos envolvidos na síntese de metabólitos de interesse industrial como hidrocarbonetos alcanos, cianoficina e polihidroxialcanoatos foram identificados. Alguns genes anotados com função de exportação de sideróforos e antibióticos, um precursor de bacteriocina e o agrupamento gênico da bacteriocina LAP foram encontrados em ilhas genômicas preditas, sugerindo um possível fenômeno de transferência horizontal conferindo mecanismos de resistências. Algumas sequências contaminantes foram recuperadas e identificadas como pertencentes ao filo Proteobacteria (Alphaproteobacteria, Gammaproteobacteria e Betaproteobacteria). Sequências dos taxons de Alphaproteobacteria, especificamente da ordem Rhizobiales apresentaram regiões codificantes envolvidos em funções semelhantes e complementares a Oxynema. As análises morfológicas e das estruturas secundárias D1-D1\' e BoxB quando comparadas com a da linhagem tipo (O. thaianum CCALA 960) sugerem uma nova espécie. Esse estudo contribui para a sistemática do filo Cyanobacteria e para o conhecimento do potencial da linhagem na síntese de produtos naturais. Oxynema is a derivated genus from the polyphyletic Phormidium, and with few registered species, which were found in mangroves, marine or high salinity environments. The taxonomic and genomic informations are almost nonexisting for this genus, with a few exceptions of 16S rRNA and 16S-23S ITS sequences available at databases. Previous studies performed with Oxynema sp CENA135 isolated from a Brazilian mangrove showed its potential to synthesize siderophores, aliphatic hydrocarbons, anticancer and antibiotic substances, besides its effective degradation of some types of textile dyes. In this work, the strain Oxynema sp CENA135 was analyzed under a polyphasic approach (morphology, habitat, phylogenomics, phylogeny of the 16S rRNA gene and secondary structure of 16S-23S ITS), including the search for genes or gene clusters related to the biosynthesis of natural products and the detection of associated bacteria. After morphological characterization using an optic and a scanning microscopes, the genomic sequencing was performed from a mate pair library at the HiSeq (Illumina) platform. This is the first genome of the genus Oxynema and, therefore, for its assembly it was used a de novo method resulting in 11 scaffolds in a total size of 6.2 Mbp, with N50 of 3,591,108 pb, GC content of 51.6% and average coverage of 190x. The checkM software estimated a high completeness of the genome (99.29%) and few contaminations (1.22%). Genome mining revealed a biorremediation potential due to the presence of genes related to resistance of copper, zinc, cobalt, cadmium and mercury, arsenic detoxification, as well as a possible participation of the laccase enzyme in the decoloration of textile dyes. Furthermore, gene clusters potentially linked to the biosynthesis and transport of the schizokinen siderophore, bacteriocins and a terpene pigment were annotated. Other gene clusters involved in the synthesis of metabolites with industrial interest, such as alkane hydrocarbons, cyanophycin and polyhydroxyalkanoates were identified. Some of the annotated genes with antibiotic and siderophore exportation functions, a bacteriocin precursor and a bacteriocin LAP gene cluster were found at predicted genomic islands, suggesting a possible horizontal transfer phenomenon conferring resistance mechanisms. Contaminating sequences were recovered and identified as belonging to the Proteobacteria Phylum (Alphaproteobacteria, Gammaproteobacteria and Betaproteobacteria). Sequences from Alphaproteobacteria taxa, specifically of the order Rhizobiales, showed coding regions related to similar and complementary functions of Oxynema. Analyzes of the morphology and secundary structures D1-D1\' and BoxB compared to the type strain (O. thaianum CCALA 960) suggest a new species. This study contributes to the systematic of the Cyanobacteria Phylum and to the knowledge of the potential of this strain to synthesizes natural products.
Databáze: OpenAIRE
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