Análise da expressão gênica global de Trichoderma asperellum TR356 em interação com o feijoeiro-comum (Phaseolus vulgaris)

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Biologia Celular, Programa de Pós-Graduação em Biologia Microbiana, 2018.A interação entre fungos e plantas é um processo complexo que envolve diferentes mecanismos físicos, moleculares e uma grande diversidade de vias metabólicas. O fungo Trichoderma asperellum vem ganhando destaque pelo seu desempenho como promotor de crescimento de plantas, indução de resistência e controle biológico. Para melhor entender os mecanismos utilizados por T. asperellum na interação com a planta hospedeira, no presente trabalho foi analisada a modulação da expressão gênica do isolado TR356 usando a tecnologia de Illumina, explorando seu transcritoma durante a interação direta com as raízes de feijoeirocomum (Phaseolus vulgaris L.). Foram gerados, utilizando-se a plataforma HiSeq 2000, um total de 39.205.000 fragmentos da sequência (reads paired ends) de 100 pb em 8 bibliotecas. A cobertura total dos reads no genoma do T. asperellum foi de 33x, e a cobertura em relação às regiões codantes do DNA (CDS) foi de aproximadamente 54x. A qualidade média das bibliotecas (%Q30) foi de 96%. Um total de 25.386 genes foi identificado nos dois tempos de análise (48 e 72 horas), destes, 6.817 genes foram identificados como diferencialmente expressos. Dos genes diferencialmente expressos, grande parte (74,5%) foi identificada no tempo de 72 horas, o que mostrou um aumento na modulação gênica neste período. Foi identificado um grande número de CAZymes no transcritoma de T. asperellum categorizadas em diferentes famílias (229 genes e 51 famílias). Por meio da análise de categorização funcional, utilizando o Blast2GO, identificou-se genes categorizados em processos metabólicos (metabolismo secundário), regulação da transcrição e transporte. A análise das rotas metabólicas, utilizando o software Ipath3, destaca o aumento na expressão de genes de vias de degradação de carboidratos. Proteínas candidatas a efetores foram identificadas, utilizando os softwares SignalP, TMHMM e TargetP, como serino-proteases, cerato plataninas, tioredoxinas, metaloproteases, proteínas com domínio CFEM e LysM repeat. A análise geral do transcritoma mostrou que a interação T. asperellum e P. vulgaris envolve a expressão de genes que codificam transportadores, moléculas envolvidas no metabolismo secundário e de enzimas envolvidas na degradação de carboidratos. Os resultados deste trabalho contribuíram para o mapeamento de genes candidatos com papel na complexa interação molecular entre T. asperellum e Phaseolus vulgaris.The interaction between fungi and plants is a complex process involving different physical and molecular mechanisms and also a great diversity of metabolic pathways. The Trichoderma asperellum fungus has gained prominence for its performance as a promoter of plant growth, induction of resistance and biological control. For a better understanding of the mechanisms used by T. asperellum in the interaction with his host plant, it was analyzed in this study the gene modulation of the isolated TR356 using the Illumina technology, exploring its transcriptome during the direct interaction with the roots of the common bean (Phaseolus vulgaris L.). They were generated, using the HiSeq 2000 platform in a total of 39205.000 fragments of the sequence of 100 pb in 8 libraries. The total coverage of the reads in the T. asperellum genome was 33x, and the coverage over the DNA coding regions (CDS) was approximately 54x. The average quality of the libraries (% Q30) was 96%. A total of 25,386 genes were identified in the two analysis times (48 and 72 hours) and among them 6,817 were identified as differentially expressed genes. Of the differentially expressed genes, a large part (74.5%) were identified at 72 hours, which showed an increase in gene modulation during this period. In order to avoid the generation of generic annotation data we used annotations already made for the genome of Proteases, Transporter, SSCPs and CAZymes. A detailed analysis of the CAZymes families showed the importance of these proteins in the interaction process. We identified a large number of CAZymes in T. asperellum with a high diversity of families (229 genes and 51 families). Through the functional categorization analysis, using Blast2GO, was identified fundamental terms for interaction as secondary metabolic processes, regulation of transcription and transport. The analysis of the metabolic routes using software Ipath3 confirmed the data already observed in this work, highlighting routes of carbohydrate degradation. Several effector candidate proteins were identified using SignalP, TMHMM and TargetP software, such as serine proteases, ceratoplatanins, thioredoxins, metalloproteases, CFEM Domain and LysM repeat protein and others. In this identification, proteins with known translocation motifs, such as the RxRL motif and were prioritized. These results suggest that groups of differentially expressed genes play an important role during the interaction process. The general analysis of the transcriptome showed that the interaction T. asperellum and P. vulgaris involves the expression of genes encoding transporters, molecules involved in the secondary metabolism and the modulation mainly of enzymes involved in the degradation of the carbohydrate. The results of this work will contribute to the understanding of the complex molecular interaction T. asperellum – Phaseolus vulgaris