Saccharomycotin transcriptomics by next-generation sequencing

Abstract

The non-standard decoding of the CUG codon in Candida cylindracea raises a number of questions about the evolutionary process of this organism and other species Candida clade for which the codon is ambiguous. In order to find some answers we studied the transcriptome of C. cylindracea, comparing its behavior with that of Saccharomyces cerevisiae (standard decoder) and Candida albicans (ambiguous decoder). The transcriptome characterization was performed using RNA-seq. This approach has several advantages over microarrays and its application is booming. TopHat and Cufflinks were the software used to build the protocol that allowed for gene quantification. About 95% of the reads were mapped on the genome. 3693 genes were analyzed, of which 1338 had a non-standard start codon (TTG/CTG) and the percentage of expressed genes was 99.4%. Most genes have intermediate levels of expression, some have little or no expression and a minority is highly expressed. The distribution profile of the CUG between the three species is different, but it can be significantly associated to gene expression levels: genes with fewer CUGs are the most highly expressed. However, CUG content is not related to the conservation level: more and less conserved genes have, on average, an equal number of CUGs. The most conserved genes are the most expressed. The lipase genes corroborate the results obtained for most genes of C. cylindracea since they are very rich in CUGs and nothing conserved. The reduced amount of CUG codons that was observed in highly expressed genes may be due, possibly, to an insufficient number of tRNA genes to cope with more CUGs without compromising translational efficiency. From the enrichment analysis, it was confirmed that the most conserved genes are associated with basic functions such as translation, pathogenesis and metabolism. From this set, genes with more or less CUGs seem to have different functions. The key issues on the evolutionary phenomenon remain unclear. However, the results are consistent with previous observations and shows a variety of conclusions that in future analyzes should be taken into consideration, since it was the first time that such a study was conducted.

A descodificação não-standard do codão CUG na Candida cylindracea levanta uma série de questões sobre o processo evolutivo deste organismo e de outras espécies do subtipo Candida para as quais o codão é ambíguo. No sentido de encontrar algumas respostas procedeu-se ao estudo do transcriptoma de C. cylindracea, comparando o seu comportamento com o de Saccharomyces cerevisiae (descodificador standard) e de Candida albicans (descodificador ambíguo). A caracterização do transcriptoma foi realizada a partir de RNA-seq. Esta metodologia apresenta várias vantagens em relação aos microarrays e a sua aplicação encontra-se em franca expansão. TopHat e Cufflinks foram os softwares utilizados na construção do protocolo que permitiu efectuar a quantificação génica. Cerca de 95% das reads alinharam contra o genoma. Foram analisados 3693 genes, 1338 dos quais com codão start não-standard (TTG/CTG) e a percentagem de genoma expresso foi de 99,4%. Maioritarimente, os genes têm níveis de expressão intermédios, alguns apresentam pouca ou nenhuma expressão e uma minoria é altamente expressa. O perfil de distribuição do codão CUG entre as três espécies é muito diferente, mas pode associar-se significativamente aos níveis de expressão: os genes com menos CUGs são os mais altamente expressos. Porém, o conteúdo em CUG não se relaciona com o nível de conservação: genes mais e menos conservados têm, em média, igual número de CUGs. Os genes mais conservados são os mais expressos. Os genes de lipases corroboram os resultados obtidos para os genes de C. cylindracea em geral, sendo muito ricos em CUGs e nada conservados. A quantidade reduzida de codões CUG que se observa em genes altamente expressos pode dever-se, eventualmente, a um número insuficiente de genes de tRNA para fazer face a mais CUGs sem comprometer a eficiência da tradução. A partir da análise de enriquecimento foi possível confirmar que os genes mais conservados estão associados a funções básicas como tradução, patogénese e metabolismo. Dentro destes, os genes com mais e menos CUGs parecem ter funções diferentes. As questões-chave sobre o fenómeno evolutivo permanecem por esclarecer. No entanto, os resultados são compatíveis com as observações anteriores e são apresentadas várias conclusões que em futuras análises devem ser tidas em consideração, já que foi a primeira vez que um estudo deste tipo foi realizado.