Genômica estrutural e funcional de fungos do gênero Trichoderma

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2016.O controle biológico é um processo complexo que inclui diferentes mecanismos e uma diversidade de vias metabólicas. Espécies de Trichoderma harzianum são conhecidas por sua atividade de biocontrole contra patógenos de plantas. Para melhor entender os mecanismos utilizados por T. harzianum no controle biológico, no presente trabalho foi sequenciado o genoma do isolado TR274 usando sequenciamento Illumina, assim como seu respectivo transcritoma na interação direta com Scletotinia sclerotiorum ou na presença de sua parede celular. A montagem do genoma feita utilizando o programa AllPaths-LG cobertura máxima de 100x, resultou em 2282 contigs, tamanho do genoma de 40,8 Mb e um conteúdo GC de 47.7%, similar aos outros genomas de Trichoderma. Um total de 13932 genes foram anotados. Análise do Core Eukariotic Genes Dataset (CEGMA) sugere que o genoma está 100% completo e 97,9% das sequencias de RNA-seq alinharam corretamente no genoma. A análise filogenética usando proteínas ortólogas com todas as espécies de Trichoderma sequenciadas no JGI, confirmam a divisão nas seções Tricoderma (T. asperellum e T. atroviride), Longibrachiatum (T. reesei, T. citrinoviride e T. longibrachiatum) e Pachibasium (T. harzianum e T. virens). Das proteínas ortólogas anotadas, 8242 compõem proteínas compartilhadas por todas as espécies, as proteínas espécie específicas variam de 262 (T. reesei) a 1803 (T. longibrachiatum). Os dois genomas de T. harzianum analisados sugerem uma alta similaridade entre eles, mesmo tendo sido isolados de locais e continentes distintos, um de solo de cerrado no Brasil e outro de solo de jardim na Inglaterra. Análises de genes envolvidos com o metabolismo secundário, CAZymes, transportadores, proteases e fatores de transcrição foram feitas. A seção Pachibasium expandiu virtualmente todas as categorias analisadas quando comparada com as outras seções. Análise CAFE mostrou uma correlação positiva entre estas expansões e o tamanho dos genomas. O subgrupo C1 das quitinases foi completamente perdido pela seção Longibrachiatum. Estes resultados sugerem que estas famílias proteicas tem um importante papel nos seus respectivos fenótipos. As abordagens transcritômicas mostraram que a interação entre T. harzianum e S. sclerotiorum é bem complexa e envolve a produção de metabólitos secundários e síntese de transportadores antes e durante o contato, com uma modulação principalmente de enzimas hidrolíticas após o contato. Dos genes encontrados diferencialmente expressos na condição de crescimento em parede celular, 86,8% foram também encontrados diferencialmente expressos na interação direta. Cerca de 25% de todo o genoma de T. harzianum foi modulado durante a interação com S. sclerotiorum.Biological control is a complex process, which requires many mechanisms and a high diversity of biochemical pathways. Trichoderma harzianum species complex are well known for their biocontrol activity against many plant pathogens. To gain new insights into the biocontrol mechanism employed by T. harzianum, we sequenced genome of the isolate TR274 with its transcriptome during direct interaction with the fungal pathogen Sclerotinia sclerotiorum and its cell wall, using Illumina sequencing. Whole genome assembly was performed using AllPaths-LG, with a maximum coverage of 100x. The assembly resulted in 2282 contigs, with an estimated genome size of 40.8 Mb and GC content of 47.7%, similar to other Trichoderma genomes. Using the JGI Annotation Pipeline we predicted 13,932 genes, with high transcriptome support. Core Eukariotic Genes Dataset (CEGMA) tests suggested 100% genome completeness and 97.9% of RNA-SEQ reads mapped to the genome. The phylogenetic comparison using orthologous proteins with all Trichoderma genomes sequenced at JGI, corroborates the Trichoderma section division described previously (T. asperellum and T. atroviride), Longibrachiatum (T. reesei, T. citrinoviride and T. longibrachiatum) and Pachibasium (T. harzianum and T. virens). A Venn diagram was built with orthologs proteins, with 8242 composing the core protein group and species specific varying from 262 proteins (T. reesei) to 1803 (T. longibrachiatum). The comparison between two Trichoderma harzianum CBS 226.95 and TR274 isolates, suggests a high genome similarity. Analyses of the secondary metabolites, CAZymes, transporters, proteases and transcription factors were performed. The Pachybasium section expanded virtually all categories analyzed compared with the other sections. CAFE analysis showed positive correlation between these families and genome size. The chitinase subgroup C1 was completely absent in Longibrachiatum section members. These results suggest that these proteins families play an important role on their respective phenotypes. Transcriptome analysis suggests that the interaction between T. harzianum and S. sclerotiorum is complex, involving production of secondary metabolites and transporters before and during the contact, with a modulation of CAZymes after contact. A total of 86.8% of differentially expressed genes during growth on Sclerotinia sclerotiorum cell wall were found during direct interaction. Approximately the 25% of whole T. harzianum genome was seen to be modulated during the interaction with S. sclerotiorum