Pesquisa
Diversidade genética, taxonomia e filogenia de basidiomicetos
Mestrado em Biotecnologia Aplicada à Agricultura
Autor: Débora Camila Dias
Orientador: Nelson Barros Colauto
Defendido em: 27/03/2013
Resumo
Os fungos basidiomicetos possuem uma atuação importante como decompositores de fibras vegetais e produtores de biocompostos de interesse comercial e biotecnológico. Muitas espécies são comestíveis e cultivadas no mundo todo, contudo a qualidade e a origem de linhagens cultivadas são fatores críticos para a produtividade e dependem de conhecimentos básicos sobre morfologia e genética. Os métodos tradicionais de identificação taxonômica de fungos são baseados principalmente em características morfológicas, microscópicas e macroscópicas. No entanto, devido à influência do ambiente na expressão das características fenotípicas, incluindo as características morfológicas, os métodos de identificação taxonômica com base apenas em características fenotípicas podem resultar em identificações taxonômicas incorretas. Os genes ribossomais, incluindo a região ITS1-5,8S-ITS2 têm sido amplamente utilizados na identificação taxonômica de isolados de fungos, incluindo os basidiomicetos. A espécie A. blazei tem ganhado muita importância devido às suas reconhecidas propriedades medicinais e culinárias. Os estudos taxonômicos no gênero Agaricus têm como base, tradicionalmente, características morfológicas, as quais sofrem influências do ambiente. Desta forma as identificações taxonômicas no gênero Agaricus, têm sido consideradas por alguns pesquisadores como subjetivas, e muitos sistemas de classificação diferentes foram propostos. Além disso, os marcadores moleculares, como o RAPD, têm sido utilizados na caracterização da diversidade genética de isolados fúngicos. O laboratório de Biologia Molecular da Universidade Paranaense possui uma coleção (micoteca) de isolados de basidiomicetos que podem ser utilizados para estudos de prospecção em diversas áreas e aplicações biotecnológicas, como, por exemplo, na produção de enzimas lignocelulolíticas úteis na degradação de fibras vegetais. Sendo assim, o objetivo do primeiro trabalho foi caracterizar a taxonomia (gênero e espécie) e a diversidade genética de 42 isolados de basidiomicetos, pertencentes à micoteca do Laboratório de Biologia Molecular da Universidade Paranaense, Umuarama, Paraná, Brasil. No segundo trabalho foi realizada uma análise filogenética envolvendo linhagens de A. blazei brasileiras e linhagens de Agaricus com origem em regiões temperadas, com base na região ITS1-5,8S-ITS2 do DNA ribossomal, com o objetivo de se inferir as relações filogenéticas entre as mesmas, de maneira que esta análise possa auxiliar nas definições taxonômicas da espécie Agaricus blazei. A caracterização taxonômica dos isolados foi realizada com base na região ITS1-5,8S-ITS2 do DNA ribossomal, a qual permitiu a identificação (gênero e espécie) de 39 isolados de basidiomicetos pertencentes à micoteca. A análise da diversidade com o uso dos marcadores RAPD revelou alto nível de polimorfismo genético existente entre os isolados das espécies de Agaricus e Pleurotus e uma menor diversidade entre os isolados das espécies de Lentinula. Para os estudos de diversidade genética também foram determinados os grupos de compatibilidade vegetativa (VCGs), com base nos fenótipos de anastomose de hifas entre os isolados das espécies estudadas. Sendo assim, a caracterização taxonômica (gênero e espécie), a determinação dos VCGs juntamente com as análises de diversidade com o uso dos marcadores RAPD, possibilitarão um melhor aproveitamento do potencial genético dos isolados em futuros estudos, incluindo programas de melhoramento genético para obtenção de isolados com características de interesse em diferentes aplicações biotecnológicas. Os resultados das análises filogenéticas demonstraram que as linhagens brasileiras de A. blazei são filogenéticamente distintas, formando clados separados, das linhagens de clima temperado. Estes resultados sugerem que a espécie A. blazei não deve ser considerada como sendo A. subrufescens, como sugerem alguns autores. No entanto, sugere-se que novas análises filogenéticas, envolvendo outros genes conservados, devam ser realizadas de forma a confirmar estes resultados.
Palavras-chave
Basidiomicetos; *Agaricus blazei*; Identificação Taxonômica; Filogenia Molecular; Compatibilidade Vegetativa; RAPD.
Title
Genetic diversity, taxonomy and phylogeny of basidiomycetes
Abstract
The basidiomycetous fungi have an important role as decomposers of plant fibers and biocompounds producers of commercial and biotechnology interest. Many species are edible and cultivated worldwide, however the quality and origin of cultivated strains are critical to productivity and rely on basic knowledge about genetics and morphology. Traditional methods of taxonomic identification of fungi are mainly based on morphological features, microscopic and macroscopic. However, due to the influence of the environment on the expression of phenotypic characteristics, including morphological characteristics, methods of taxonomic identification based only on phenotypic characteristics can result in incorrect taxonomic identifications. Ribosomal genes, including the ITS1-5, 8S-ITS2 have been widely used in taxonomic classification of fungi strains, including basidiomycetes. The species Agaricus blazei has gained major importance because of its recognized culinary and medicinal properties. The taxonomic studies in the genus Agaricus are based traditionally on morphological characteristics, which are influenced by the environment. Thus, taxonomic identifications in the genus Agaricus, have been considered by some researchers as being somewhat, subjective, and many different classification systems have been proposed. Moreover, molecular markers such as RAPD have been used to characterize the genetic diversity of fungal isolates. The Laboratório de Biologia Molecular of the Universidade Paranaense has a collection (Fungal Culture Collection) of basidiomycetous isolates that can be used for research studies in various fields and biotechnological applications, for example in the production of enzymes useful in lignocellulolitic degradation of vegetable fibers. Thus, the aim of the first study was to characterize the taxonomy (genus and species) and genetic diversity of 39 isolates of basidiomycetes belonging to the fungal collection of the Laboratório de Biologia Molecular, Universidade Paranaense, Umuarama, Paraná, Brazil. In the second study we performed a phylogenetic analysis involving Brazilian A. blazei strains and strains of Agaricus originated from temperate regions, based on ITS1-5,8S-ITS2 ribosomal DNA, in order to infer the phylogenetic relationships between them, so that this analysis may assist in taxonomic definitions of Agaricus blazei. The taxonomic characterization of isolates was based on ITS1-5.8S-ITS2 ribosomal DNA, which allowed the identification (genus and species) of 39 isolates belonging to basidiomycetes fungal collection. A diversity analysis using RAPD markers revealed high level of genetic polymorphism between isolates of the Agaricus and Pleurotus species and a lower diversity among isolates of Lentinula species. For the genetic diversity studies the vegetative compatibility groups (VCGs) were also determined based on hyphal anastomosis phenotypes among isolates of the species studied. Thus, taxonomic characterization (genus and species), the determination of VCGs along with the diversity analysis with the use of RAPD, will allow a better utilization of the genetic potential of the isolates in future studies, including breeding programs to obtain isolates with different characteristics of interest in several biotechnological applications. The results of phylogenetic analysis showed that the Brazilian strains of A. blazei are phylogenetically distinct, forming separated clades, from the lineages of temperate region of origin. These results suggested that A. blazei should not be considered as belonging to A. subrufescens species, as suggested by some authors. However, it is recomended that new phylogenetic analyzes involving other conserved genes, must be performed to confirm these results.
Keywords
Basidiomycetes; *Agaricus blazei*; Taxonomic Identification; Molecular phylogeny; Vegetative Compatibility; RAPD.