Desenvolvimento de protocolo de bioinformática para prospecção de genes da digestão de biomassa em transcriptomas e metatranscriptomas

Abstract

O estudo de transcriptomas e metatranscriptomas é uma importante estratégia para prospectar genes envolvidos na digestão de biomassa vegetal. Após o sequenciamento em larga escala (RNA-Seq) uma parte dos transcritos obtidos correspondem a sequências codificadoras que podem ser caracterizadas funcionalmente. Entre essas sequências estão a de genes que codificam enzimas do metabolismo de carboidratos que são essenciais ao processo de conversão da biomassa em processos biotecnológicos. Pensando nisso, o presente projeto tem como objetivo desenvolver e validar um protocolo de análise de transcriptomas e metatranscriptomas para identificar os genes envolvidos nessa conversão. O protocolo incluirá tarefas de pré-processamento dos reads, busca dos domínios das enzimas ativas em carboidratos usando a base de dados CAZy (Carbohydrate Active enZymes Database) e anotação funcional. Após a identificação dos genes de interesse em um determinado transcriptoma e metatranscriptoma, será feita uma busca por genes ortólogos em um segundo sistema correspondente sendo possível comparar a capacidade digestória de biomassa em dois sistemas distintos. O protocolo desenvolvido será validado com transcriptomas e metatranscriptomas que estão disponíveis no laboratório de Evolução Molecular da UNESP disponibilizará dados de jardins de fungos de formigas da tribo Attini, que são reatores microbianos mistos que digerem diferentes tipos de biomassa vegetal. Essa validação resultará na identificação de enzimas e vias metabólicas associadas à degradação de carboidratos em cada um dos sistemas analisados, permitindo avaliar o potencial biotecnológico dos digestores naturais.

The study of transcriptomes and metatranscriptomes is an important strategy for prospecting genes involved in plant biomass digestion. After large-scale sequencing (RNA-Seq), some of the transcripts obtained correspond to coding sequences that can be functionally characterized. Among these sequences are genes encoding carbohydrate metabolism enzymes that are essential to the biomass conversion process in biotechnological processes. With this in mind, this project aims to develop and validate a transcriptome and metatranscriptome analysis protocol to identify the genes involved in this conversion. The protocol will include read preprocessing, searching for carbohydrate-active enzyme domains using the CAZy (Carbohydrate Active EnZymes Database), and functional annotation. After identifying the genes of interest in a given transcriptome and metatranscriptome, a search for orthologous genes will be performed in a second corresponding system, allowing for a comparison of the biomass digestion capacity in two distinct systems. The developed protocol will be validated using transcriptomes and metatranscriptomes available at the UNESP Molecular Evolution Laboratory. Data from fungus gardens of Attini ants, which are mixed microbial reactors that digest different types of plant biomass, will be available. This validation will result in the identification of enzymes and metabolic pathways associated with carbohydrate degradation in each of the systems analyzed, allowing us to assess the biotechnological potential of natural digesters.