Caracterização molecular de estirpes autóctones de Saccharomyces cerevisiae

Abstract

A relação entre genótipo e fenótipo é altamente complexa. A acumulação de mutações e a adaptação dos microorganismos a diferentes condições ambientais resultam em importante diversidade genética que pode ser detectada como single nucleotide polymorphisms (SNPs), indels (delecções ou inserções), ou mesmo amplificações e alterações do número de cromossomas. A hibridação comparativa do genoma (aCGH, array Comparative Genome Hybridization) é uma técnica molecular de elevada aplicabilidade na identificação de variações polimórficas e na procura de diferenças genéticas que justifiquem variações fenotípicas. O objectivo deste trabalho consistiu em detectar variações genéticas, usando a técnica aCGH, entre estirpes de Saccharomyces cerevisiae isoladas de diferentes ambientes: estirpes autóctones de vinhas e lagares de fermentação de duas localizações geográficas distintas de Portugal, e estirpes clínicas isoladas de indivíduos imuno-deprimidos. Para tal, foram usados microarrays de DNA contendo sondas para todos os genes da levedura S. cerevisiae S288C, que foi usada como estirpe de referência neste estudo. A variabilidade genética entre as estirpes estudadas foi analisada, recorrendo a vários programas como CGH-Miner e SAM. Grupos de genes e variações cromossómicas característicos de determinadas estirpes foram encontrados. Os genes associados à maior variabilidade genética das estirpes estudadas pertencem às categorias funcionais de transportadores, resposta ao stress ou a drogas, factores de transcrição e tradução. Foi também possível identificar um conjunto de genes que poderão ser utilizados para criar uma futura assinatura genética das leveduras vínicas. A técnica de aCGH permitiu uma abordagem global do genoma de leveduras possibilitando diferentes análises de resultados que respondem a diferentes questões.

ABSTRACT: The relationship between genotype and phenotype is highly complex. Accumulation of mutations and adaptation of microorganisms to different environmental conditions result in important genetic diversity, which can be detected as single nucleotide polymorphisms (SNPs), indels (deletions and insertions), or even amplifications or chromosome copy number changes. Comparative Genome Hybridization (aCGH) is a powerful molecular tool to identify polymorphic variation of wild type organisms and to unravel genome differences associated to phenotypic variation. In this study, we have used DNA microarrays of the complete orfeome of Saccharomyces cerevisiae S288C, to identify genetic variability present in wild type yeast strains and to correlate such variability with ecological adaptation. For this, yeast strains isolated from 2 different geographical locations in Portugal and also yeast clinical isolates and wine commercial strains were studied. The S. cerevisiae S288C strain, whose genome is completely sequenced, was used as reference for the comparative genomics study. Genome variations was analysed with CGM-Miner and SAM algorithms. Several characteristic gene groups were found within some wild-type strains, as well as unique genome alterations. Transporters, stress and drug response genes, transcription and translation factors were related to these strains’ genetic variability. Part of a wine yeast signature was found and the genes were characterized. Overall, aCGH proved to be an excellent tool to access yeast genome diversity.