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Author: Alves, Giselly Batista
Advisor: Aguiar, Raimundo Wagner de Souza
Title: Análises de genomas de Bacillus thuringiensis subsp. israelensis isolados em Tocantins com toxicidade para mosquitos de interesse em saúde pública
Keywords: δ-endotoxinas;Genômica comparativa;pBtoxis;Fatores de virulência;δ-endotoxins;Comparative genomics;pBtoxis;Factors of virulence
Issue Date: 14-Aug-2017
Publisher: Universidade Federal do Tocantins
Program: Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia - PPGB
Citation: ALVES, Giselly Batista. Análises de genomas de Bacillus thuringiensis subsp. israelensis isolados em Tocantins com toxicidade para mosquitos de interesse em saúde pública.2017.100f. Dissertação (Mestrado em Biotecnologia) – Universidade Federal do Tocantins, Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia, Gurupi, 2017.
Resumo: Bacillus thuringiensis subsp. israelensis é uma bactéria gram positiva, amplamente utilizada no controle de insetos Diptera, família Culicidae, tais como Aedes aegypti e Culex quinquefasciatus. O sequenciamento de genomas completos de estirpes de B. thuringiensis tem permitido a identificação e caracterização de proteínas inseticidas, assim como a realização de estudos de genômica comparativa, permitindo evidenciar diferenças funcionais e filogenéticas. Neste contexto, o presente estudo teve como objetivo realizar análises genômicas de quatro isolados de B. thuringiensis subsp. israelensis que apresentam diferentes toxicidades para larvas de A. aegypti e C. quinquefasciatus. O sequenciamento dos genomas dos isolados T0124, T0131, T0137 e T0139 foi realizado a partir da plataforma MiSeq-Ilumina, e a montagem e anotação foram feitas utilizando ferramentas do programa de bioinformática Geneious. As análises resultaram em cromossomos com tamanhos aproximados de 5.414 Kb, conteúdo G+C de 35,2% e 5.358 regiões codificantes. Com relação ao conteúdo extracromossomal, foram montados três plasmídeos menores de 5,4; 6,8 e 7,6 Kb, e três plasmídeos maiores de 127, 235 e 359 Kb para todos os isolados, e estes foram enumerados de 1 a 6. A anotação revelou que apenas os plasmídeos de número 4, que correspondem ao pBtoxis, possuem proteínas inseticidas, sendo elas Cry4Aa, Cry4Ba, Cry11Aa, Cry10Aa, Cyt1Aa, Cyt2Ba e Cyt1Ca. A análise comparativa entre os genomas demonstra que os cromossomos T0124, T0131, T0137 e T0139 apresentam sequências colineares e com 99% de identidade, e seus respectivos plasmídeos 1, 2, 3, 4, 5 e 6 compartilham todas as suas regiões codificantes, incluindo aquelas relacionadas a δ-endotoxinas. A comparação de sequências de enterotoxinas, metaloproteases e fosfolipases demonstra que estes também são conservados entre os genomas. Na análise filogenética, os cromossomos T0124, T0131, T0137 eT0139 agruparam-se juntamente com os genomas dos isolados AM65-52 e HD-789 disponíveis no GenBank, sugerindo uma estreita relação genética entre estirpes de B. thuringiensis subsp. israelensis. Os isolados T0124, T0131, T0137 e T0139 apresentam diferentes concentrações letais para larvas de A. aegypti e C. quinquefasciatus, e a adição de dados proteômicos aos dados genômicos, aqui obtidos, poderão auxiliar na compreensão destas diferenças de toxicidade. Contudo as análises comparativas entre os genomas dos isolados T0124, T0131, T0137 e T0139 mostram alto grau de conservação genética a nível de nucleotídeos de B. thuringiensis subsp. israelensis.
Abstract: Bacillus thuringiensis subsp. israelensis is a gram-positive bacterium widely used to control insects of the order Diptera, such as Aedes aegypti (Diptera: Culicidae) and Culex quinquefasciatus (Diptera: Culicidae). The sequencing of complete genomes of B. thuringiensis strains has allowed the identification and characterization of insecticidal proteins, as well as the comparative genomic studies, allowing the identification of functional and phylogenetic differences. In this context, the present study aimed to perform genomic analysis of four isolates of B. thuringiensis subsp. israelensis having different toxicities for larvae of A. aegypti and C. quinquefasciatus larvae. Sequencing of genomes of the isolates T0124, T0131, T0137 and T0139 was performed from the MiSeq-Ilumina platform, and assembly and annotation were done using tools from the Geneious bioinformatics program. The analyzes resulted in chromosomes with approximate sizes of 5,414 Kb, G + C content of 35.2% and 5,358 coding regions. Regarding extrachromosomal content, three smaller plasmids of 5.4, 6.8 and 7.6 Kb, and three larger plasmids of 127, 235 and 359 Kb were assembled for all the isolates, and these were enumerated from 1 to 6. The annotation revealed that only the plasmids of number 4, corresponding to pBtoxis, possess insecticidal proteins, being Cry4Aa, Cry4Ba, Cry11Aa, Cry10Aa, Cyt1Aa, Cyt2Ba and Cyt1Ca. Comparative analysis between the genomes demonstrates that chromosomes T0124, T0131, T0137 and T0139 have collinear sequences and 99% identity, and their respective plasmids 1, 2, 3, 4, 5 and 6 share all of their coding regions, including those related to δ-endotoxins. Comparison of enterotoxin, metalloprotease and phospholipase sequences shows that these are conserved among the genomes. In the phylogenetic analysis, chromosomes T0124, T0131, T0137 and T0139 were grouped together with the genomes of the isolates AM65-52 and HD-789 available in GenBank, suggesting a close genetic relation between strains of B. thuringiensis subsp. israelensis. The isolates T0124, T0131, T0137 and T0139 present different lethal concentrations to larvae of A. aegypti and C. quinquefasciatus, and the addition of proteomic data to the genomic data obtained here may help to understand these differences in toxicity. However, the comparative analyzes between the genomes of isolates T0124, T0131, T0137 and T0139 show a high degree of genetic conservation at the nucleotide level of B. thuringiensis subsp. israelensis.
URI: http://hdl.handle.net/11612/586
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