Diversidade e evolução de características genômicas funcionais associadas com o ciclo do metano e do nitrogênio em metagenomas de solos amazônicos

Resumo

O desenvolvimento de novas tecnologias de sequenciamento e de ferramentas de Bioinformática têm revolucionado os estudo de Biologia de Archaea. Nos últimos anos, aproximadamente dez novos filos de Archaea foram descobertos, incluindo o filo de Archaea oxidadoras de amônia (Thaumarchaeota) e o filo de potenciais metanogênicas (Bathyarchaeota). Em estudos prévios, usando um experimento de microcosmo, nós descobrimos que Thaumarchaeota é o filo de Archaea mais abundante em solos de floresta e de pastagem da Amazônia. As Thaumarchaeota são resistentes às perturbações de longo e curto prazo. Enquanto que as Bathyarchaeota estão associadas com o aumento de emissão de metano e alterações de uso do solo. Estes resultados reforçam a necessidade de um entendimento sobre às funções que modulam a estrutura, diversidade e evolução das comunidades de Archaea em solos amazônicos. No entanto, a complexidade e montante de informações biológicas geradas em grandes conjuntos de dados de estudos de metagenômica e metatranscritômica demandam uma equipe especializada em analisar e interpretar dados multi-ômicos. Neste projeto, nós propomos uma colaboração entre o Laboratório de Biologia Celular e Molecular da Universidade de São Paulo (USP) e a Divisão de Biologia e Ecogenômica de Archaea da Universidade de Viena (Aústria). Sob a supervisão da Prof. Tsai Siu Mui e da Prof. Christa Schleper, nós iremos determinar as características genômicas funcionais associadas ao ciclo do metano e do ciclo do nitrogênio em metagenomas de solos amazônicos (solos de floresta, pastagem, agricultura, desmatado e várzea). A proposta de estágio no exterior será dividida em dois estudos principais. O primeiro estudo irá ter como foco a anotação e identificação de características genômicas funcionais usando um catálogo de genes de referência e genomas reconstruídos por dados metagenômicos (MAGs). Com este catálogo de genes, nós iremos testar se as alterações de mudança de uso do solo resultam em mudanças nas abundâncias de funções gênicas de Bathyarchaeota, Euryarchaeota e Thaumarchaeota. O segundo estudo inclui análises evolutivas dos genomas de Archaea usando métodos filogenômicos. O laboratório da Profa. Dra. Schleper apresenta um banco de dados com genomas de Archaeas publicados e não-publicados que será utilizado em conjunto para a geração do catálogo de genes de referência e para as análises dos processos evolutivos dos genomas de Archaea da Amazônia. Nós iremos explorar as funções de Archaea usando conjuntos de dados multi-ômicos de um experimento de microcosmos de solos de floresta e pastagem, amostras ambientais de várzea e dados públicos. Todos os dados brutos que serão utilizados neste projeto já estão disponíveis no laboratório da Profa. Tsai Siu Mui.