Especiação, genômica comparativa e reprodução sexuada no complexo de espécies do gênero Paracoccidioides

Abstract

A Paracoccidioidomicose (PCM) é uma micose sistêmica que ocorre em vários países da América Latina, principalmente Brasil, Venezuela e Colômbia, afetando principalmente indivíduos da população rural. Por meio de estudos realizados nos campos da Biologia Molecular, Biologia Evolutiva e Ecologia no gênero Paracoccidioides, foi proposto neste trabalho uma nova espécie: Paracoccidioides lutzii sp. nov. Análises filogenéticas, estudos de genômica comparativa, análises de recombinação genética e análises morfológicas demonstram que P. lutzii representa uma linhagem altamente divergente monofileticamente separada de P. brasiliensis. P. lutzii é frequentemente encontrado nas regiões Centro-Oeste e Norte do Brasil. Os estudos comparativos entre os genomas de P. brasiliensis e P. lutzii revelaram uma alta divergência e diferenças significativas no tamanho do genoma, conteúdo gênico, elementos transponíveis, e repetições simples foram identificadas entre estas espécies. Estudos comparativos entre as espécies divergentes P. brasiliensis e P. lutzii geraram informações que podem ser utilizadas na clínica bem como no diagnóstico da PCM. Estudos de filogenia molecular indicaram que estas duas espécies de Paracoccidioides teriam um ciclo de vida sexuado devido à detecção de eventos de recombinação genética dentro destas populações. Estudos de genômica comparativa de todos os fungos dimórficos e patogênicos, usando como base os dados já classicamente descritos para a levedura Saccharomyces cerevisiae, revelaram a presença de genes relacionados à reprodução sexuada que incluem: o locus MAT e genes de receptores de feromônios, de feromônio-α, de enzimas de processamento de feromônios e reguladores de sinalização de resposta a feromônios. A expressão destes genes foi avaliada por PCR em tempo real em isolados de Paracoccidioides nas formas de micélio e levedura, demostrando-se ter uma expressão preferencial na forma filamentosa, similar ao que já foi descrito para Histoplasma capsulatum e Blastomyces dermatitidis. Além disto, a expressão dos genes relacionados ao ciclo sexual teve um aumento significativo quando na presença de feromônios obtidos de sobrenadantes de co-cultura de isolados de tipos sexuais opostos. Cruzamentos de diferentes tipos sexuais, tanto de P. brasiliensis como de P. lutzii, possibilitaram a identificação de ascocarpos jovens com presença de hifas enoveladas e constritas, relacionadas ao estágio inicial do acasalamento em fungos “Pezizomycotina”. Estes dados genômicos e morfológicos fortemente indicam a existência de ciclo sexual no gênero Paracoccidioides. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Paracoccidioidomycosis (PCM) is a systemic mycosis that occurs in several Latin American countries, mainly Brazil, Venezuela and Colombia, affecting mostly the rural population. Through studies in the fields of Molecular Biology, Evolutionary Biology and Ecology in the genus Paracoccidioides, it was proposed in this work a new species: Paracoccidioides lutzii sp. nov. Phylogenetic analyzes, comparative genomics, analysis of genetic recombination and morphological analysis showed that P. lutzii represents a separate species, highly divergent from P. brasiliensis. P. lutzii is often found in the midwest and north part of Brazil. Comparative genomics studies between P. brasiliensis and P. lutzii revealed a high divergence and differences in genome size, gene content, transposable elements and DNA repeats were identified between these species. Comparative studies between the diverging species P. brasiliensis and P. lutzii generated information that can be useful in the clinical diagnosis of PCM. Evolutionary studies suggested that these two species of Paracoccidioides have a sexual phase in its life cycle due detection of recombination events within these populations. Studies of comparative genomics of all dimorphic fungal pathogens, using classically described genes for the yeast Saccharomyces cerevisiae, revealed the presence of genes related to sexual reproduction that include: the MAT locus, pheromone receptors and genes encoding for α-pheromone, processing enzymes and regulatory pheromone response to pheromone signaling cascade. The expression of these genes has been evaluated by real time PCR of Paracoccidioides isolates in yeast and mycelial forms, showing an increased expression in the filamentous form, similar to what was already described for Histoplasma capsulatum and Blastomyces dermatitidis. Moreover, the expression of genes related to sexual cycle increased significantly after exposure of pheromone taken from co-culture supernatants of strains of opposite sex type. Sexual crosses between different mating types, of P. brasiliensis and P. lutzii, enabled the identification of young ascocarps with hyphae reeled and constricted, related to the initial stage of mating in Pezizomycotina fungi. These genomic and morphological data strongly indicate the existence of sexual cycle in the genus Paracoccidioides.