Construção do pangenoma de leveduras do gênero Hanseniaspora sp. e prospecção de genes associados com processo fermentativos industriais

Abstract

O vinho é uma bebida alcoólica produzida a partir da fermentação alcoólica da uva. Muitas espécies de leveduras estão envolvidas no processo de fermentação espontânea da uva, sendo S. cerevisiae a mais relevante para a produção do vinho. Outras espécies, consideradas como leveduras não convencionais, tinham um papel secundário na fabricação do vinho. Recentemente, essa visão tem mudado. Leveduras não convencionais vêm sendo estudadas a fim de verificar o seu potencial para conferir propriedades distintas ao vinho, como aroma e sabor. Dentre as leveduras mais promissoras, encontra-se Hanseniaspora sp., um gênero de leveduras apiculadas abundante na microbiota natural da uva. Esse gênero, em particular, apresenta dois grupos distintos em sua árvore evolutiva: um grupo de lenta evolução e baixa diversificação, Slow Evolving Lineages (SEL), e um grupo de rápida evolução, Fast Evolving Lineages (FEL), caracterizado por extensa perda de genes ao longo da história evolutiva, porém grande diversificação de espécies. A erosão genômica experimentada pelo gênero Hanseniaspora sp. evidencia uma tendência para especialização ao ambiente fermentativo e de microbiota da uva. Consequentemente, o gênero Hanseniaspora sp. pode abrigar grande diversidade de genes com potencial biotecnológico. A fim de testar essa hipótese, genomas de Hanseniaspora sp. foram obtidos e anotados usando diferentes ferramentas computacionais. As sequências ortólogas foram identificadas entre os genomas de Hanseniaspora sp. e S. cerevisiae. Uma análise filogenômica foi empregada para classificar os genomas dentro dos grupos FEL e SEL. Os ortólogos foram anotados funcionalmente, atribuindo-lhes termos de ontologia gênica. De forma individual, para cada grupo, os transcritos de Hanseniaspora sp. sem ortólogos em S. cerevisiae foram submetidos à análise de enriquecimento de ontologia identificando as funções biológicas mais significativas para cada grupo. Obteve-se como resultado que ambos os grupos apresentam um perfil de enriquecimento muito semelhante entre si. Dentre os termos enriquecidos, alguns podem estar relacionados ao processo fermentativo de Hanseniaspora sp., possuindo potencial para aplicação biotecnológica.

Wine is an alcoholic beverage produced from the alcoholic fermentation of grapes. Many yeast species are involved in the spontaneous grape fermentation process, with S. cerevisiae being the most relevant for wine production. Other species, considered unconventional yeasts, were considered to have a secondary role in the manufacture of wine. Recently, this view has changed. Unconventional yeasts have been studied in order to verify their potential to impart distinct properties to wine, such as aroma and flavor. Among the most promising yeasts is Hanseniaspora sp., a genus of apiculate yeasts abundant in the natural microbiota of grapes. This genus, in particular, presents two distinct groups in its evolutionary tree: a group of slow evolution and low diversification, Slow Evolving Lineages (SEL), and a group of rapid evolution, Fast Evolving Lineages (FEL), characterized by extensive loss of genes throughout evolutionary history, but great diversification of species. The genomic erosion experienced by the genus Hanseniaspora sp. highlights a tendency towards specialization to the fermentative and microbiota environment of the grape. Consequently, the genus Hanseniaspora sp. can harbor a great diversity of genes with biotechnological potential. In order to test this hypothesis, genomes of Hanseniaspora sp. were obtained and annotated using different computational tools. Orthologous sequences were identified among the genomes of Hanseniaspora sp. and S. cerevisiae. A phylogenomic analysis was employed to classify the genomes into the FEL and SEL groups. The orthologs were functionally annotated, assigning them gene ontology terms. Individually, for each group, the Hanseniaspora sp. without orthologs in S. cerevisiae were subjected to ontology enrichment analysis identifying the most significant biological functions for each group. The result was that both groups present a very similar enrichment profile to each other. Among the enriched terms, some may be related to the fermentative process of Hanseniaspora sp., having potential for biotechnological application.