Identification and analysis of GH18 glycosyl hydrolases in algae, bryophytes, and pteridophytes

Kingdom Plantae is a monophyletic group composed of eukaryotic and photosynthetic organisms. Green algae are considered ancestors of terrestrial plants, as these groups share important characteristics, such as the ability to perform photosynthesis and the same chlorophylls types. Throughout evolution, when adapting to the terrestrial environment, plants have also developed important physiological mechanisms to defend against predators. In this sense, plant chitinases are important proteins that produce a defense response against pathogens and arthropods that contain chitin, also acting on plant development. Chitinases belong to the GH18 and GH19 family of glycosyl hydrolases and have so far been widely described in gymnosperms and angiosperms, but little described in more primitive plant species. Thus, this work aims, through a set of bioinformatics tools, to identify and annotate chitinases of the GH18 family in algae, bryophytes, and pteridophytes. Initially, a search for plant chitinases reference sequences was carried out on the CAZy website, and the creation of protein database translated from transcriptomes of 388 algae, bryophytes, and pteridophytes species, provided by the OneKP platform. Search for sequences of putative chitinases of the GH18 family in this database was done through alignments in the BLASTp program. Then, was performed a conserved domains analysis, using Blast2GO, of the putative chitinases found. Multiple alignments were performed with MUSCLE method to select only the sequences with the conserved catalytic domain. To classify identified chitinases, phylogenetic trees were constructed using Neighbor-Joining method. In total, 648 putative chitinases from the GH18 family were found, 162 in green algae and 23 in other algae phyla, 238 in bryophytes, and 225 in pteridophytes. To compare structural relationships, three-dimensional structures were modeled on the Swiss-Model server. The results of this research are important for a better understanding of chitinases origins in primitive plant groups, showing that these enzymes can be found from the oldest algae and enable the comparison with chitinases of superior vascular plants.Pesquisa sem auxílio de agências de fomentoDissertação (Mestrado)O Reino Plantae é um grupo monofilético composto por de organismos eucariontes e fotossintetizantes. Em termos evolutivos, as algas verdes são consideradas ancestrais das plantas terrestres, pois este grupo compartilha características importantes, como a capacidade de realizar fotossíntese e os mesmos tipos de clorofilas. Ao longo da evolução, ao se adaptarem ao ambiente terrestre, as plantas também desenvolveram importantes mecanismos fisiológicos de defesa ao ataque de predadores. Neste sentido, as quitinases vegetais são importantes proteínas que produzem resposta de defesa ao ataque de patógenos e artrópodes que contém quitina, atuando também no desenvolvimento das plantas. As quitinases pertencem à família GH18 e GH19 das glicosil hidrolases e até o momento foram amplamente descritas em gimnospermas e angiospermas, porém pouco descritas em espécies vegetais mais primitivas. Assim, este trabalho tem por objetivo, através de um conjunto de ferramentas de bioinformática, identificar e realizar anotação das quitinases da família GH18 em algas, briófitas e pteridófitas. Inicialmente foi realizada uma busca por sequências referências de quitinases vegetais no site CAZy e a criação de um banco de dados de proteínas traduzidas a partir dos transcriptomas de 388 espécies de algas, briófitas e pteridófitas, fornecidas pela plataforma OneKP. A busca por sequências de possíveis quitinases da família GH18 neste banco de dados foi feita por meio de alinhamentos no programa BLASTp. Então, foi realizada uma análise de domínios conservados no programa Blast2GO das possíveis quitinases encontradas. Foram realizados alinhamentos múltiplos no programa MUSCLE para selecionar apenas as sequências com o domínio catalítico conservado. Para classificar as quitinases identificadas, foi realizada a construção de árvores filogenéticas utilizando o método Neighbor-Joining. No total foram encontradas 648 prováveis quitinases da família GH18, sendo 162 em algas verdes e 23 em outros filos de algas, 238 em briófitas e 225 em pteridófitas. Para comparar as relações estruturais, foi realizada a modelagem de estruturas tridimensionais no servidor Swiss-Model. Os resultados desta pesquisa são importantes para uma melhor compreensão das origens das quitinases em grupos vegetais primitivos, mostrando que estas enzimas podem ser encontradas desde as algas mais antigas e possibilitar a comparação com quitinases de plantas vasculares superiores