Caracterização dos genomas nuclear, cloroplastidial e mitocondrial da cana- de-açúcar utilizando dados de sequenciamento de nova geração - Vidigal, Pedro Marcus Pereira (2016)
Nesta tese, os dados do sequenciamento do genoma da variedade de cana-de-açúcar RB867515 e de outros 508 genótipos provenientes de 100 famílias de meios-irmãos são analisados com os seguintes objetivos: (I) montar as sequências dos genomas nuclear, cloroplastidial e mitocondrial da variedade RB867515; (II) predizer e anotar funcionalmente os genes e demais elementos presentes nas sequências obtidas; (III) analisar os polimorfismos de nucleotídeo único presentes nos genomas dos genótipos de cana-de-açúcar; (IV) associar os polimorfismos identificados com as características fenotípicas dos genótipos usando estudos de associação ampla do genoma; (V) criar um banco de dados integrando as sequências, os polimorfismos e as informações funcionais obtidas. As bibliotecas genômicas foram sequenciadas usando as tecnologias de sequenciamento de nova geração da Illumina e as sequências obtidas foram trimadas e selecionadas, produzindo um conjunto de dados contendo 1,39 bilhões de sequências da variedade RB867515 e 2,43 bilhões de sequências dos genótipos. As sequências dos genomas nuclear, cloroplastidial e mitocondrial da variedade RB867515 foram montadas usando algoritmos de montagem De Novo e estratégias baseadas em genomas de referência. Os genes foram identificados usando métodos ab initio e empíricos, e as informações funcionais foram preditas a partir de pesquisas de similaridade. Na genotipagem, as sequências dos genótipos foram mapeadas no genoma da variedade RB867515 e os polimorfismos de nucleotídeo único foram identificados seguindo os métodos recomendados para a descoberta de variantes a partir de dados de sequenciamento de nova geração. No estudo de associação ampla do genoma, a associação dos polimorfismos com as características fenotípicas dos genótipos foi avaliada usando o método enriched compressed mixed linear model (ECMLM). O genoma nuclear da variedade RB867515 foi montado em 484.719 sequências com um tamanho total de 552,97 megabases (Mb), sendo preditos 75.715 genes codificadores de proteínas. Esses genes foram funcionalmente anotados e as suas proteínas foram classificadas em diferentes grupos funcionais. A análise dos polimorfismos identificou 40.663 loci contendo polimorfismos de nucleotídeo único em 7.890 genes e apenas um polimorfismo no gene da enzima isocitrato desidrogenase apresentou associação significativa com a característica fenotípica conteúdo de sacarose na cana em percentagem (PC) no estudo de associação ampla de genoma. O genoma cloroplastidial da RB867515 foi montado em uma única sequência contendo 141,18Kb, sendo identificados 88 genes codificadores de proteínas, 8 genes de rRNA e 39 genes de tRNA. A sequência desse genoma é idêntica ao genoma da variedade de cana-de-açúcar Q155, originária da Austrália. A análise dos polimorfismos mostrou que apenas oito genótipos incluídos na família da variedade RB982639 (g011, g030, g031, g094, g103, g246, g425 e g441) apresentam polimorfismos em suas sequências. Esses polimorfismos estão localizados em regiões intergênicas do genoma e nos genes petB e ndhF. O genoma mitocondrial da variedade RB867515 foi montado em dois segmentos subgenômicos circulares com um tamanho total de 445,52Kb, sendo identificados 34 genes codificadores de proteínas, 6 genes de rRNA e 22 genes de tRNA. A análise dos polimorfismos identificou 6 SNPs e 23 indels localizados em regiões intergênicas do genoma mitocondrial dos genótipos. Todas essas informações geradas nesta tese auxiliarão na aplicação das ciências genômicas nos PMGCA, permitindo a integração entre as sequências dos genes e suas respectivas proteínas, os polimorfismos e as informações funcionais. O banco de dados Sugarcane DB (http://sugarcane.ccb.ufv.br) foi criado para organizar essas informações e torna-las disponíveis aos PMGCA. A missão do Sugarcane DB é ser um repositório público permanente de informações genômicas relacionadas à cana-de-açúcar e se tornar uma ferramenta importante para auxiliar os melhoristas na identificação de novos alvos para o melhoramento genético da cana-de-açúcar.