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Ulf Karsten - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
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dictyosphaerium like morphotype in terrestrial algae what is xerochlorella Trebouxiophyceae chlorophyta 1
Journal of Phycology, 2020Co-Authors: Tatiana Mikhailyuk, Andreas Holzinger, Karin Glaser, Eduard M. Demchenko, Petro Tsarenko, Ulf KarstenAbstract:Several strains of terrestrial algae isolated from biological soil crusts in Germany and Ukraine were identified by morphological methods as the widely distributed species Dictyosphaerium minutum (=Dictyosphaerium chlorelloides). Investigation of the phylogeny showed their position unexpectedly outside of Chlorellaceae (Trebouxiophyceae) and distantly from Chlorella chlorelloides, to which this taxon was attributed after revision of the genus Chlorella based on an integrative approach. SSU rRNA phylogeny determined the position of our strains inside a clade recently described as a new genus of the cryptic alga Xerochlorella olmiae isolated from desert biological soil crusts in the United States. Investigation of the morphology of the authentic strain of X. olmiae showed Dictyosphaerium-like morphology, as well as some other characters, common for our strains and morphospecies D. minutum. The latter alga was described as terrestrial and subsequently united with the earlier described aquatic representative D. chlorelloides because of their similar morphology. The revision of Chlorella mentioned above provided only one aquatic strain (D. chlorelloides), which determined its position in the genus. But terrestrial strains of the morphospecies were not investigated phylogenetically. Our study showed that the terrestrial D. minutum is not related to the morphologically similar D. chlorelloides (=Chlorella chlorelloides, Chlorellaceae), and instead represented a separate lineage in the Trebouxiophyceae, recently described as genus Xerochlorella. Therefore, revision of Xerochlorella is proposed, including nomenclatural combinations, epitypifications, and emendations of two species: X. minuta and X. dichotoma. New characters of the genus based on investigation of morphology and ultrastructure were determined.
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Dictyosphaerium-like morphotype in terrestrial algae: what is Xerochlorella (Trebouxiophyceae, Chlorophyta)? 1
Journal of phycology, 2020Co-Authors: Tatiana Mikhailyuk, Andreas Holzinger, Karin Glaser, Eduard M. Demchenko, Petro Tsarenko, Ulf KarstenAbstract:Several strains of terrestrial algae isolated from biological soil crusts in Germany and Ukraine were identified by morphological methods as the widely distributed species Dictyosphaerium minutum (=Dictyosphaerium chlorelloides). Investigation of the phylogeny showed their position unexpectedly outside of Chlorellaceae (Trebouxiophyceae) and distantly from Chlorella chlorelloides, to which this taxon was attributed after revision of the genus Chlorella based on an integrative approach. SSU rRNA phylogeny determined the position of our strains inside a clade recently described as a new genus of the cryptic alga Xerochlorella olmiae isolated from desert biological soil crusts in the United States. Investigation of the morphology of the authentic strain of X. olmiae showed Dictyosphaerium-like morphology, as well as some other characters, common for our strains and morphospecies D. minutum. The latter alga was described as terrestrial and subsequently united with the earlier described aquatic representative D. chlorelloides because of their similar morphology. The revision of Chlorella mentioned above provided only one aquatic strain (D. chlorelloides), which determined its position in the genus. But terrestrial strains of the morphospecies were not investigated phylogenetically. Our study showed that the terrestrial D. minutum is not related to the morphologically similar D. chlorelloides (=Chlorella chlorelloides, Chlorellaceae), and instead represented a separate lineage in the Trebouxiophyceae, recently described as genus Xerochlorella. Therefore, revision of Xerochlorella is proposed, including nomenclatural combinations, epitypifications, and emendations of two species: X. minuta and X. dichotoma. New characters of the genus based on investigation of morphology and ultrastructure were determined.
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polyols and uv sunscreens in the prasiola clade Trebouxiophyceae chlorophyta as metabolites for stress response and chemotaxonomy
Journal of Phycology, 2018Co-Authors: Vivien Hotter, Markus Ganzera, Anja Hartmann, Karin Glaser, Ulf KarstenAbstract:In many regions of the world, aeroterrestrial green algae of the Trebouxiophyceae (Chlorophyta) represent very abundant soil microorganisms, and hence their taxonomy is crucial to investigate their physiological performance and ecological importance. Due to a lack in morphological features, taxonomic and phylogenetic studies of Trebouxiophycean algae can be a challenging task. Since chemotaxonomic markers could be a great assistance in this regard, 22 strains of aeroterrestrial Trebouxiophyceae were chemically screened for their polyol-patterns as well as for mycosporine-like amino acids (MAAs) in their aqueous extracts using RP-HPLC and LC-MS. d-sorbitol was exclusively detected in members of the Prasiolaceae family. The novel MAA prasiolin and a related compound ("prasiolin-like") were present in all investigated members of the Prasiola-clade, but missing in all other tested Trebouxiophyceae. While prasiolin could only be detected in field material directly after extraction, the "prasiolin-like" compound present in the other algae was fully converted into prasiolin after 24 h. These findings suggest d-sorbitol and prasiolin-like compounds are suitable chemotaxonomic markers for the Prasiolaceae and Prasiola-clade, respectively. Additional UV-exposure experiments with selected strains show that MAA formation and accumulation can be induced, supporting their role as UV-sunscreen.
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Polyols and UV‐sunscreens in the Prasiola‐clade (Trebouxiophyceae, Chlorophyta) as metabolites for stress response and chemotaxonomy
Journal of Phycology, 2018Co-Authors: Vivien Hotter, Markus Ganzera, Anja Hartmann, Karin Glaser, Ulf KarstenAbstract:In many regions of the world, aeroterrestrial green algae of the Trebouxiophyceae (Chlorophyta) represent very abundant soil microorganisms, and hence their taxonomy is crucial to investigate their physiological performance and ecological importance. Due to a lack in morphological features, taxonomic and phylogenetic studies of Trebouxiophycean algae can be a challenging task. Since chemotaxonomic markers could be a great assistance in this regard, 22 strains of aeroterrestrial Trebouxiophyceae were chemically screened for their polyol-patterns as well as for mycosporine-like amino acids (MAAs) in their aqueous extracts using RP-HPLC and LC-MS. d-sorbitol was exclusively detected in members of the Prasiolaceae family. The novel MAA prasiolin and a related compound ("prasiolin-like") were present in all investigated members of the Prasiola-clade, but missing in all other tested Trebouxiophyceae. While prasiolin could only be detected in field material directly after extraction, the "prasiolin-like" compound present in the other algae was fully converted into prasiolin after 24 h. These findings suggest d-sorbitol and prasiolin-like compounds are suitable chemotaxonomic markers for the Prasiolaceae and Prasiola-clade, respectively. Additional UV-exposure experiments with selected strains show that MAA formation and accumulation can be induced, supporting their role as UV-sunscreen.
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Prasiolin, a new UV-sunscreen compound in the terrestrial green macroalga Prasiola calophylla (Carmichael ex Greville) Kützing
2016Co-Authors: Anja Hartmann, Andreas Holzinger, Markus Ganzera, Ulf KarstenAbstract:Main conclusion—We introduced a novel combination of chromatographic techniques for the purification and analysis of a new UV-sunscreen mycosporine-like amino acid (MAA) in the terrestrial green alga Prasiola calophylla. Prasiola calophylla—(Carmichael ex Greville) Kützing (Trebouxiophyceae, Chlorophyta) is a typical member of terrestrial algal communities in temperate Europe, where it regularly experiences various stress conditions including strong diurnal and seasonal fluctuations in ultraviolet radiation (UVR). As a photoprotective mechanism Prasiola species and other related Trebouxiophycean taxa synthesize a mycosporine-like amino acid (MAA) as natural sunscreen whose chemical structure was unknown so far. In the present study a new methodological approach is described for the isolation, purification and structural elucidation of this novel sunscreen in P. calophylla. The new compound exhibits an absorption maximum at 324 nm (in the short ultraviolet-A), a molecular weight of 333 and a molecular extinction coefficient of 12.393 M−1 cm−1, and could be identified as N-[5,6 hydroxy-5(hydroxymethyl)-2-methoxy-3-oxo-1-cycohexen-1-yl] glutamic acid using one- and two-dimensional 1H and 13C-NMR spectroscopy. As trivial name for this novel MAA we suggest ‘prasiolin’. The ecologically essential function of prasiolin for UVR-protection in terrestrial algae of the Trebouxiophyceae is discussed. This article is published with open access at Springerlink.comOpen Access This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International Licens
Evelise Leis Carvalho - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
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Phylogenetic positioning of the Antarctic alga Prasiola crispa (Trebouxiophyceae) using organellar genomes and their structural analysis.
Journal of Phycology, 2017Co-Authors: Evelise Leis Carvalho, Antonio Batista Pereira, Filipe De Carvalho Victoria, Gabriel Da Luz Wallau, Darlene Lopes Rangel, Laís Ceschini Machado, Juliano Tomazzoni Boldo, Paulo Marcos PintoAbstract:Antarctica is one of the most difficult habitats for sustaining life on earth; organisms that live there have developed different strategies for survival. Among these organisms is the green alga Prasiola crispa, belonging to the class Trebouxiophyceae. The literature on P. crispa taxonomy is scarce, and many gaps in the evolutionary relationship with its closest relatives remain. The goal of this study was to analyze the evolutionary relationships between P. crispa and other green algae using plastid and mitochondrial genomes. In addition, we analyzed the synteny conservation of these genomes of P. crispa with those of closely related species. Based on the plastid genome, P. crispa grouped with Prasiolopsis sp. SAG 84.81, another Trebouxiophyceaen species from the Prasiola clade. Based on the mitochondrial genome analysis, P. crispa grouped with other Trebouxiophyceaen species but had a basal position. The structure of the P. crispa chloroplast genome had low synteny with Prasiolopsis sp. SAG 84.81, despite some conserved gene blocks. The same was observed in the mitochondrial genome compared with Coccomyxa subellipsoidea C-169. We were able to establish the phylogenetic position of P. crispa with other species of Trebouxiophyceae using its genomes. In addition, we described the plasticity of these genomes using a structural analysis. The plastid and mitochondrial genomes of P. crispa will be useful for further genetic studies, phylogenetic analysis and resource protection of P. crispa as well as for further phylogenetic analysis of Trebouxiophyceaen green algae.
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analise de conservacao sintenica de genomas acessorios da alga antartica prasiola crispa e especies correlatas
Anais do Salão Internacional de Ensino Pesquisa e Extensão, 2017Co-Authors: Thalita Fonseca De Araujo, Evelise Leis Carvalho, Luiz Fernando Duarte Da Silva, Pablo Echeverria Macedo, Paulo Marcos Pinto, Gabriel Da Luz WallauAbstract:Prasiola crispa (Lightfoot) Kutzing, alga verde do continente Antartico, e uma das especies mais relatadas dentre a classe Trebouxiophyceae, e cresce tipicamente em solo fertilizado por guano de passaro, dentro e adjacente a colonias de pinguins. E capaz de tolerar altos niveis de radiacao UV, alem de sucessivos ciclos de congelamento e descongelamento. A classe Trebouxiophyceae, apresenta grande variacao tanto na morfologia como na ecologia. Alem do interesse biologico, algas Trebouxiophyceae tem atraido atencao da comunidade cientifica por sua potencial acao biotecnologica, como a producao de biocombustiveis e outras moleculas de alto valor economico. O estudo da sintenia pode oferecer a analise de regioes de similaridade e diferencas entre genomas, concedendo valiosas informacoes sobre os rearranjos geneticos ocorridos durante a historia evolutiva do genoma. Recentemente o nosso grupo sequenciou os genomas acessorios (plastidial e mitocondrial) de P. crispa. O objetivo deste trabalho foi analisar a conservacao sintenica dos genomas plastidial e mitocondrial (cpDNA e mtDNA, respectivamente) de P. crispa e especies proximas evolutivamente. As analises de sintenia foram realizadas a partir de arvores filogeneticas construidas com base nos cpDNA e mtDNA, atraves da ferramenta BLASTn, com parâmetro padrao. Entao, foi utilizada a ferramenta Artemis Comparison Tool para plotar os blocos sintenicos com mais de 100 pares de base. A analise de sintenia do genoma plastidial evidencia baixa sintenia entre Prasiolopsis sp. SAG 84.81 e P. crispa. Porem, ainda e possivel observar alguns blocos conservados, alem de tres grandes blocos de inversoes. Entre Chlorella miriabilis, Pabia signensis e Koliella longiseta, e possivel notar um padrao sintenico conservado. Na analise de sintenia do genoma mitocondrial, ocorreram pequenas regioes de blocos sintenicos comparando P. crispa e Coccomyxa subellipsoidea C-169, alem de um bloco de inversao. Blocos bem conservados podem ser observados entre C. subellipsoidea C-169 e Trebouxiophyceae sp. MX-AZ01 e entre todas as especies da ordem Chlorellales. A unica comparacao que resultou em apenas um pequeno bloco sintenico foi entre Helicosporidium sp. e Trebouxiophyceae sp. MX-AZ01. Conclui-se que os genomas acessorios de P. crispa sao bastante plasticos, com varias inversoes e rearranjos, o que se encontra em concordância com outras descobertas sobre a classe Trebouxiophyceae.
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PRASIOLA CRISPA: INFERÊNCIAS ESTRUTURAIS AOS GENOMAS MITOCONDRIAL E PLASTIDIAL
2016Co-Authors: Luiz Fernando Duarte Da Silva, Evelise Leis Carvalho, Darlene Lopes Rangel, Laís Ceschini Machado, Paulo Marcos Pinto, Gabriel Da Luz WallauAbstract:A Antartica e o continente mais frio, ventoso e inospito. Devido a essas caracteristicas tem atraido consideravel interesse cientifico. No entanto, as dificuldades relacionadas com o armazenamento, amostragem e outras atividades relacionadas com a investigacao tem dificultado alguns estudos sobre a atividade biologica deste continente. A classe de algas verdes Trebouxiophyceae do genero Prasiola esta entre as algas mais conhecidas da Antartica e em diversos locais constituem os produtores primarios de materia orgânica mais importantes. Por tolerar repetidos ciclo de congelamento e descongelamento, temperaturas negativas durante algumas epocas do ano e altos niveis de radiacao ultravioleta, supoe-se que esta especie apresente expressao diferencial de genes responsivos ao frio. Nesse taxon a especie mais comumente relatada e a alga P. crispa. O estudo de genomas acessorios pode proporcionar um impacto nos campos da biotecnologia, biologia e sem duvidas da evolucao e, portanto, pode nos ajudar a desvendar quais processos ocorreram em niveis moleculares para essa adaptacao a ambientes tao extremos. O objetivo deste trabalho foi realizar as analises das sequencias de Prasiola crispa. O DNA das organelas foi sequenciado pelo servico Macrogem em um aparelho de sequenciamento de nova geracao Solexa-Illumina Hi seq 2500 a partir deste sequenciamento utilizou-se as ferramentas de comparacao BLASTn e Artemis. A estrutura do genoma do cloroplasto de Prasiola crispa apresenta baixa sintenia se comparado com Prasiolopssis sp. possuindo apenas alguns blocos de genes conservados. O mesmo pode ser observado quando analisamos o genoma de Coccomixia sp. Alem disso o mesmo padrao de baixa sintenia pode ser observado quando comparamos com especies do mesmo genero como Chorella sp. ArM0029B e Chlorella vugaris. Os dados dos genomas plastidiais e mitocondriais serao uteis para analises filogeneticas e compreender a genetica e possiveis adapatacoes sofridas por P. crispa, alem de analises filogeneticas das algas verdes da classe Trebouxiophyceae.
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analise evolutiva dos genomas de organelas de prasiola crispa
Anais do Salão Internacional de Ensino Pesquisa e Extensão, 2016Co-Authors: Tainah Miranda, Evelise Leis Carvalho, Darlene Lopes Rangel, Alexandre Freitas Da Silva, Paulo Marcos Pinto, Tainah Oliveira E Miranda, Gabriel Da Luz WallauAbstract:Mesmo que nao possua grande diversidade de especies devido a baixa temperatura e umidade, o continente Antartico atrai um interesse consideravel de pesquisadores, uma vez que o impacto humano e limitado. Os organismos, que hoje habitam esse continente inospito, desenvolveram diversas estrategias de sobrevivencia, como prosperar em gelo e rochas. Entre eles a alga verde, Prasiola crispa, pertencente a classe Trebouxiophyceae, e a especie mais comumente reportada. A literatura a respeito da taxonomia desta alga e rara e tem muitas lacunas no que diz respeito a relacao evolutiva com seus parentes mais proximos. Uma estrategia para resolver estes problemas taxonomicos e o uso de informacoes dos genomas mitocondriais e plastidiais. Recentemente o nosso grupo sequenciou os genomas das organelas acessorias de P. Crispa. Este trabalho tem como objetivo analisar e estabelecer padroes evolutivos comparando estes genomas de P. Crispa com outros genomas acessorios de diversas especies de clorofitas. A analise filogenomica foi realizada com 79 sequencias codificadoras de genes de cloroplasto e 18 sequencias de mitocondria. A reconstrucao filogenetica foi realizada por maxima verossimilhanca usando o software PhyML 3.0. Tambem foi realizada uma analise de reconstrucao filogenetica Bayesiana usando MrBayes 3.2.1 com o melhor modelo de substituicao de aminoacidos disponiveis para este software: LG + I + G e LG + G para o conjunto de dados plastidiais e mitocondriais. 70 genomas de cloroplastos e 27 genomas mitocondriais foram analisados para realizar o estudo filogenomico. Com base na analise do genoma plastidial de P. crispa formou-se o clado Prasiola atraves do agrupamento com Prasiolopsis sp. e Stichoccus bacillaris. Na analise do genoma mitocondrial, agrupou-se P. crispa com outras Trebouxiophyceae analisadas. Apos estas analises, foi possivel estabelecer a posicao filogenetica de P. crispa com outras especies de algas Trebouxiophyceae, a partir dos genomas acessorios. Algumas incongruencias surgiram entre o conjunto de dados mitocondriais e plastidiais, por isso serao necessarios estudos futuros sobre a biologia destas especies de algas, a fim de compreender a fonte das mesmas. Os dados dos genomas plastidiais e mitocondriais podem ser uteis para estudos de genetica, analise filogenetica, e protecao de recursos de P. Crispa, alem de outras analises filogeneticas de algas verdes da antartica.
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comparacao entre genoma mitocondrial de prasiola crispa e algas Trebouxiophyceae
Anais do Salão Internacional de Ensino Pesquisa e Extensão, 2016Co-Authors: Thalita Fonseca De Araujo, Evelise Leis Carvalho, Gabriel Da Luz Wallau, Darlene Lopes Rangel, Paulo Marcos Pinto, Pablo Echeverria MacedoAbstract:Prasiola crispa (Lightfoot), uma alga originaria do continente Antartico, e, dentro da classe Trebouxiophyceae, uma das mais estudadas e a compreensao de suas organelas acessorias, como a mitocondria, e essencial para o entendimento da biologia desse organismo. Este trabalho teve como objetivo sequenciar o genoma mitocondrial de P. crispa e compara-lo ao de outras algas da classe Trebouxiophyceae. A partir de dados obtidos do NCBI, referentes a 8 especies de algas Trebouxiophyceae com mtDNA sequenciado, foram feitas comparacoes em relacao a ausencia e presenca de genes relacionados a sintese de ATP, bem como complexo respiratorio I, II, III e IV. O DNA mitocondrial de P. crispa possui quatro genes envolvidos na sintese de ATP, seis genes envolvidos no complexo I, nenhum gene envolvido no complexo II, um gene envolvido no complexo III e um gene envolvido no complexo IV, o que e o menor conteudo genico referente a essas funcoes entre as algas Trebouxiophyceae. P. crispa apresenta o maior mtDNA entre as Trebouxiophyceae com o genoma mitocondrial sequenciado. Em uma comparacao entre o mtDNA de P. crispa com algas da classe Trebouxiophyceae, P. crispa nao apresenta um gene relacionado a sintese de ATP, atp4. Em relacao aos complexos respiratorios I, III e IV, P. crispa nao apresenta quatro genes relacionados ao complexo I (nad2, nad6, nad8 e nad9), e, com excecao do gene nad8, todos os genes ausentes em P. crispa estao presentes em todas as outras especies Trebouxiophyceae. O gene cob, relacionado ao complexo respiratorio III esta presente em todas as especies Trebouxiophyceae com seu mtDNA sequenciado. Dois genes relacionados ao complexo IV, cox2 e cox3, estao ausentes em P. crispa, mas se apresentam em outras especies. Em relacao ao complexo II, nenhuma especie Trebouxiophyceae apresenta genes relacionados a esse complexo respiratorio. Conclui-se, portanto, que a P. crispa possui um grande genoma mitocondrial, porem um baixo numero de genes, comparando-se com o restante da classe Trebouxiophyceae. Na mitocondria, varios genes relacionados ao complexo oxidativo e a sintese de ATP (funcoes essenciais ao organismo) estao ausentes. Uma hipotese e que esses genes tenham sido incorporados pelo genoma nuclear durante a evolucao da planta, estudos futuros, como por exemplo, o sequenciamento do genoma nuclear de P. crispa poderao esclarecer este tipo de questoes.
Paulo Marcos Pinto - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
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Phylogenetic positioning of the Antarctic alga Prasiola crispa (Trebouxiophyceae) using organellar genomes and their structural analysis.
Journal of Phycology, 2017Co-Authors: Evelise Leis Carvalho, Antonio Batista Pereira, Filipe De Carvalho Victoria, Gabriel Da Luz Wallau, Darlene Lopes Rangel, Laís Ceschini Machado, Juliano Tomazzoni Boldo, Paulo Marcos PintoAbstract:Antarctica is one of the most difficult habitats for sustaining life on earth; organisms that live there have developed different strategies for survival. Among these organisms is the green alga Prasiola crispa, belonging to the class Trebouxiophyceae. The literature on P. crispa taxonomy is scarce, and many gaps in the evolutionary relationship with its closest relatives remain. The goal of this study was to analyze the evolutionary relationships between P. crispa and other green algae using plastid and mitochondrial genomes. In addition, we analyzed the synteny conservation of these genomes of P. crispa with those of closely related species. Based on the plastid genome, P. crispa grouped with Prasiolopsis sp. SAG 84.81, another Trebouxiophyceaen species from the Prasiola clade. Based on the mitochondrial genome analysis, P. crispa grouped with other Trebouxiophyceaen species but had a basal position. The structure of the P. crispa chloroplast genome had low synteny with Prasiolopsis sp. SAG 84.81, despite some conserved gene blocks. The same was observed in the mitochondrial genome compared with Coccomyxa subellipsoidea C-169. We were able to establish the phylogenetic position of P. crispa with other species of Trebouxiophyceae using its genomes. In addition, we described the plasticity of these genomes using a structural analysis. The plastid and mitochondrial genomes of P. crispa will be useful for further genetic studies, phylogenetic analysis and resource protection of P. crispa as well as for further phylogenetic analysis of Trebouxiophyceaen green algae.
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analise de conservacao sintenica de genomas acessorios da alga antartica prasiola crispa e especies correlatas
Anais do Salão Internacional de Ensino Pesquisa e Extensão, 2017Co-Authors: Thalita Fonseca De Araujo, Evelise Leis Carvalho, Luiz Fernando Duarte Da Silva, Pablo Echeverria Macedo, Paulo Marcos Pinto, Gabriel Da Luz WallauAbstract:Prasiola crispa (Lightfoot) Kutzing, alga verde do continente Antartico, e uma das especies mais relatadas dentre a classe Trebouxiophyceae, e cresce tipicamente em solo fertilizado por guano de passaro, dentro e adjacente a colonias de pinguins. E capaz de tolerar altos niveis de radiacao UV, alem de sucessivos ciclos de congelamento e descongelamento. A classe Trebouxiophyceae, apresenta grande variacao tanto na morfologia como na ecologia. Alem do interesse biologico, algas Trebouxiophyceae tem atraido atencao da comunidade cientifica por sua potencial acao biotecnologica, como a producao de biocombustiveis e outras moleculas de alto valor economico. O estudo da sintenia pode oferecer a analise de regioes de similaridade e diferencas entre genomas, concedendo valiosas informacoes sobre os rearranjos geneticos ocorridos durante a historia evolutiva do genoma. Recentemente o nosso grupo sequenciou os genomas acessorios (plastidial e mitocondrial) de P. crispa. O objetivo deste trabalho foi analisar a conservacao sintenica dos genomas plastidial e mitocondrial (cpDNA e mtDNA, respectivamente) de P. crispa e especies proximas evolutivamente. As analises de sintenia foram realizadas a partir de arvores filogeneticas construidas com base nos cpDNA e mtDNA, atraves da ferramenta BLASTn, com parâmetro padrao. Entao, foi utilizada a ferramenta Artemis Comparison Tool para plotar os blocos sintenicos com mais de 100 pares de base. A analise de sintenia do genoma plastidial evidencia baixa sintenia entre Prasiolopsis sp. SAG 84.81 e P. crispa. Porem, ainda e possivel observar alguns blocos conservados, alem de tres grandes blocos de inversoes. Entre Chlorella miriabilis, Pabia signensis e Koliella longiseta, e possivel notar um padrao sintenico conservado. Na analise de sintenia do genoma mitocondrial, ocorreram pequenas regioes de blocos sintenicos comparando P. crispa e Coccomyxa subellipsoidea C-169, alem de um bloco de inversao. Blocos bem conservados podem ser observados entre C. subellipsoidea C-169 e Trebouxiophyceae sp. MX-AZ01 e entre todas as especies da ordem Chlorellales. A unica comparacao que resultou em apenas um pequeno bloco sintenico foi entre Helicosporidium sp. e Trebouxiophyceae sp. MX-AZ01. Conclui-se que os genomas acessorios de P. crispa sao bastante plasticos, com varias inversoes e rearranjos, o que se encontra em concordância com outras descobertas sobre a classe Trebouxiophyceae.
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PRASIOLA CRISPA: INFERÊNCIAS ESTRUTURAIS AOS GENOMAS MITOCONDRIAL E PLASTIDIAL
2016Co-Authors: Luiz Fernando Duarte Da Silva, Evelise Leis Carvalho, Darlene Lopes Rangel, Laís Ceschini Machado, Paulo Marcos Pinto, Gabriel Da Luz WallauAbstract:A Antartica e o continente mais frio, ventoso e inospito. Devido a essas caracteristicas tem atraido consideravel interesse cientifico. No entanto, as dificuldades relacionadas com o armazenamento, amostragem e outras atividades relacionadas com a investigacao tem dificultado alguns estudos sobre a atividade biologica deste continente. A classe de algas verdes Trebouxiophyceae do genero Prasiola esta entre as algas mais conhecidas da Antartica e em diversos locais constituem os produtores primarios de materia orgânica mais importantes. Por tolerar repetidos ciclo de congelamento e descongelamento, temperaturas negativas durante algumas epocas do ano e altos niveis de radiacao ultravioleta, supoe-se que esta especie apresente expressao diferencial de genes responsivos ao frio. Nesse taxon a especie mais comumente relatada e a alga P. crispa. O estudo de genomas acessorios pode proporcionar um impacto nos campos da biotecnologia, biologia e sem duvidas da evolucao e, portanto, pode nos ajudar a desvendar quais processos ocorreram em niveis moleculares para essa adaptacao a ambientes tao extremos. O objetivo deste trabalho foi realizar as analises das sequencias de Prasiola crispa. O DNA das organelas foi sequenciado pelo servico Macrogem em um aparelho de sequenciamento de nova geracao Solexa-Illumina Hi seq 2500 a partir deste sequenciamento utilizou-se as ferramentas de comparacao BLASTn e Artemis. A estrutura do genoma do cloroplasto de Prasiola crispa apresenta baixa sintenia se comparado com Prasiolopssis sp. possuindo apenas alguns blocos de genes conservados. O mesmo pode ser observado quando analisamos o genoma de Coccomixia sp. Alem disso o mesmo padrao de baixa sintenia pode ser observado quando comparamos com especies do mesmo genero como Chorella sp. ArM0029B e Chlorella vugaris. Os dados dos genomas plastidiais e mitocondriais serao uteis para analises filogeneticas e compreender a genetica e possiveis adapatacoes sofridas por P. crispa, alem de analises filogeneticas das algas verdes da classe Trebouxiophyceae.
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analise evolutiva dos genomas de organelas de prasiola crispa
Anais do Salão Internacional de Ensino Pesquisa e Extensão, 2016Co-Authors: Tainah Miranda, Evelise Leis Carvalho, Darlene Lopes Rangel, Alexandre Freitas Da Silva, Paulo Marcos Pinto, Tainah Oliveira E Miranda, Gabriel Da Luz WallauAbstract:Mesmo que nao possua grande diversidade de especies devido a baixa temperatura e umidade, o continente Antartico atrai um interesse consideravel de pesquisadores, uma vez que o impacto humano e limitado. Os organismos, que hoje habitam esse continente inospito, desenvolveram diversas estrategias de sobrevivencia, como prosperar em gelo e rochas. Entre eles a alga verde, Prasiola crispa, pertencente a classe Trebouxiophyceae, e a especie mais comumente reportada. A literatura a respeito da taxonomia desta alga e rara e tem muitas lacunas no que diz respeito a relacao evolutiva com seus parentes mais proximos. Uma estrategia para resolver estes problemas taxonomicos e o uso de informacoes dos genomas mitocondriais e plastidiais. Recentemente o nosso grupo sequenciou os genomas das organelas acessorias de P. Crispa. Este trabalho tem como objetivo analisar e estabelecer padroes evolutivos comparando estes genomas de P. Crispa com outros genomas acessorios de diversas especies de clorofitas. A analise filogenomica foi realizada com 79 sequencias codificadoras de genes de cloroplasto e 18 sequencias de mitocondria. A reconstrucao filogenetica foi realizada por maxima verossimilhanca usando o software PhyML 3.0. Tambem foi realizada uma analise de reconstrucao filogenetica Bayesiana usando MrBayes 3.2.1 com o melhor modelo de substituicao de aminoacidos disponiveis para este software: LG + I + G e LG + G para o conjunto de dados plastidiais e mitocondriais. 70 genomas de cloroplastos e 27 genomas mitocondriais foram analisados para realizar o estudo filogenomico. Com base na analise do genoma plastidial de P. crispa formou-se o clado Prasiola atraves do agrupamento com Prasiolopsis sp. e Stichoccus bacillaris. Na analise do genoma mitocondrial, agrupou-se P. crispa com outras Trebouxiophyceae analisadas. Apos estas analises, foi possivel estabelecer a posicao filogenetica de P. crispa com outras especies de algas Trebouxiophyceae, a partir dos genomas acessorios. Algumas incongruencias surgiram entre o conjunto de dados mitocondriais e plastidiais, por isso serao necessarios estudos futuros sobre a biologia destas especies de algas, a fim de compreender a fonte das mesmas. Os dados dos genomas plastidiais e mitocondriais podem ser uteis para estudos de genetica, analise filogenetica, e protecao de recursos de P. Crispa, alem de outras analises filogeneticas de algas verdes da antartica.
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comparacao entre genoma mitocondrial de prasiola crispa e algas Trebouxiophyceae
Anais do Salão Internacional de Ensino Pesquisa e Extensão, 2016Co-Authors: Thalita Fonseca De Araujo, Evelise Leis Carvalho, Gabriel Da Luz Wallau, Darlene Lopes Rangel, Paulo Marcos Pinto, Pablo Echeverria MacedoAbstract:Prasiola crispa (Lightfoot), uma alga originaria do continente Antartico, e, dentro da classe Trebouxiophyceae, uma das mais estudadas e a compreensao de suas organelas acessorias, como a mitocondria, e essencial para o entendimento da biologia desse organismo. Este trabalho teve como objetivo sequenciar o genoma mitocondrial de P. crispa e compara-lo ao de outras algas da classe Trebouxiophyceae. A partir de dados obtidos do NCBI, referentes a 8 especies de algas Trebouxiophyceae com mtDNA sequenciado, foram feitas comparacoes em relacao a ausencia e presenca de genes relacionados a sintese de ATP, bem como complexo respiratorio I, II, III e IV. O DNA mitocondrial de P. crispa possui quatro genes envolvidos na sintese de ATP, seis genes envolvidos no complexo I, nenhum gene envolvido no complexo II, um gene envolvido no complexo III e um gene envolvido no complexo IV, o que e o menor conteudo genico referente a essas funcoes entre as algas Trebouxiophyceae. P. crispa apresenta o maior mtDNA entre as Trebouxiophyceae com o genoma mitocondrial sequenciado. Em uma comparacao entre o mtDNA de P. crispa com algas da classe Trebouxiophyceae, P. crispa nao apresenta um gene relacionado a sintese de ATP, atp4. Em relacao aos complexos respiratorios I, III e IV, P. crispa nao apresenta quatro genes relacionados ao complexo I (nad2, nad6, nad8 e nad9), e, com excecao do gene nad8, todos os genes ausentes em P. crispa estao presentes em todas as outras especies Trebouxiophyceae. O gene cob, relacionado ao complexo respiratorio III esta presente em todas as especies Trebouxiophyceae com seu mtDNA sequenciado. Dois genes relacionados ao complexo IV, cox2 e cox3, estao ausentes em P. crispa, mas se apresentam em outras especies. Em relacao ao complexo II, nenhuma especie Trebouxiophyceae apresenta genes relacionados a esse complexo respiratorio. Conclui-se, portanto, que a P. crispa possui um grande genoma mitocondrial, porem um baixo numero de genes, comparando-se com o restante da classe Trebouxiophyceae. Na mitocondria, varios genes relacionados ao complexo oxidativo e a sintese de ATP (funcoes essenciais ao organismo) estao ausentes. Uma hipotese e que esses genes tenham sido incorporados pelo genoma nuclear durante a evolucao da planta, estudos futuros, como por exemplo, o sequenciamento do genoma nuclear de P. crispa poderao esclarecer este tipo de questoes.
Gabriel Da Luz Wallau - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
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Phylogenetic positioning of the Antarctic alga Prasiola crispa (Trebouxiophyceae) using organellar genomes and their structural analysis.
Journal of Phycology, 2017Co-Authors: Evelise Leis Carvalho, Antonio Batista Pereira, Filipe De Carvalho Victoria, Gabriel Da Luz Wallau, Darlene Lopes Rangel, Laís Ceschini Machado, Juliano Tomazzoni Boldo, Paulo Marcos PintoAbstract:Antarctica is one of the most difficult habitats for sustaining life on earth; organisms that live there have developed different strategies for survival. Among these organisms is the green alga Prasiola crispa, belonging to the class Trebouxiophyceae. The literature on P. crispa taxonomy is scarce, and many gaps in the evolutionary relationship with its closest relatives remain. The goal of this study was to analyze the evolutionary relationships between P. crispa and other green algae using plastid and mitochondrial genomes. In addition, we analyzed the synteny conservation of these genomes of P. crispa with those of closely related species. Based on the plastid genome, P. crispa grouped with Prasiolopsis sp. SAG 84.81, another Trebouxiophyceaen species from the Prasiola clade. Based on the mitochondrial genome analysis, P. crispa grouped with other Trebouxiophyceaen species but had a basal position. The structure of the P. crispa chloroplast genome had low synteny with Prasiolopsis sp. SAG 84.81, despite some conserved gene blocks. The same was observed in the mitochondrial genome compared with Coccomyxa subellipsoidea C-169. We were able to establish the phylogenetic position of P. crispa with other species of Trebouxiophyceae using its genomes. In addition, we described the plasticity of these genomes using a structural analysis. The plastid and mitochondrial genomes of P. crispa will be useful for further genetic studies, phylogenetic analysis and resource protection of P. crispa as well as for further phylogenetic analysis of Trebouxiophyceaen green algae.
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analise de conservacao sintenica de genomas acessorios da alga antartica prasiola crispa e especies correlatas
Anais do Salão Internacional de Ensino Pesquisa e Extensão, 2017Co-Authors: Thalita Fonseca De Araujo, Evelise Leis Carvalho, Luiz Fernando Duarte Da Silva, Pablo Echeverria Macedo, Paulo Marcos Pinto, Gabriel Da Luz WallauAbstract:Prasiola crispa (Lightfoot) Kutzing, alga verde do continente Antartico, e uma das especies mais relatadas dentre a classe Trebouxiophyceae, e cresce tipicamente em solo fertilizado por guano de passaro, dentro e adjacente a colonias de pinguins. E capaz de tolerar altos niveis de radiacao UV, alem de sucessivos ciclos de congelamento e descongelamento. A classe Trebouxiophyceae, apresenta grande variacao tanto na morfologia como na ecologia. Alem do interesse biologico, algas Trebouxiophyceae tem atraido atencao da comunidade cientifica por sua potencial acao biotecnologica, como a producao de biocombustiveis e outras moleculas de alto valor economico. O estudo da sintenia pode oferecer a analise de regioes de similaridade e diferencas entre genomas, concedendo valiosas informacoes sobre os rearranjos geneticos ocorridos durante a historia evolutiva do genoma. Recentemente o nosso grupo sequenciou os genomas acessorios (plastidial e mitocondrial) de P. crispa. O objetivo deste trabalho foi analisar a conservacao sintenica dos genomas plastidial e mitocondrial (cpDNA e mtDNA, respectivamente) de P. crispa e especies proximas evolutivamente. As analises de sintenia foram realizadas a partir de arvores filogeneticas construidas com base nos cpDNA e mtDNA, atraves da ferramenta BLASTn, com parâmetro padrao. Entao, foi utilizada a ferramenta Artemis Comparison Tool para plotar os blocos sintenicos com mais de 100 pares de base. A analise de sintenia do genoma plastidial evidencia baixa sintenia entre Prasiolopsis sp. SAG 84.81 e P. crispa. Porem, ainda e possivel observar alguns blocos conservados, alem de tres grandes blocos de inversoes. Entre Chlorella miriabilis, Pabia signensis e Koliella longiseta, e possivel notar um padrao sintenico conservado. Na analise de sintenia do genoma mitocondrial, ocorreram pequenas regioes de blocos sintenicos comparando P. crispa e Coccomyxa subellipsoidea C-169, alem de um bloco de inversao. Blocos bem conservados podem ser observados entre C. subellipsoidea C-169 e Trebouxiophyceae sp. MX-AZ01 e entre todas as especies da ordem Chlorellales. A unica comparacao que resultou em apenas um pequeno bloco sintenico foi entre Helicosporidium sp. e Trebouxiophyceae sp. MX-AZ01. Conclui-se que os genomas acessorios de P. crispa sao bastante plasticos, com varias inversoes e rearranjos, o que se encontra em concordância com outras descobertas sobre a classe Trebouxiophyceae.
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PRASIOLA CRISPA: INFERÊNCIAS ESTRUTURAIS AOS GENOMAS MITOCONDRIAL E PLASTIDIAL
2016Co-Authors: Luiz Fernando Duarte Da Silva, Evelise Leis Carvalho, Darlene Lopes Rangel, Laís Ceschini Machado, Paulo Marcos Pinto, Gabriel Da Luz WallauAbstract:A Antartica e o continente mais frio, ventoso e inospito. Devido a essas caracteristicas tem atraido consideravel interesse cientifico. No entanto, as dificuldades relacionadas com o armazenamento, amostragem e outras atividades relacionadas com a investigacao tem dificultado alguns estudos sobre a atividade biologica deste continente. A classe de algas verdes Trebouxiophyceae do genero Prasiola esta entre as algas mais conhecidas da Antartica e em diversos locais constituem os produtores primarios de materia orgânica mais importantes. Por tolerar repetidos ciclo de congelamento e descongelamento, temperaturas negativas durante algumas epocas do ano e altos niveis de radiacao ultravioleta, supoe-se que esta especie apresente expressao diferencial de genes responsivos ao frio. Nesse taxon a especie mais comumente relatada e a alga P. crispa. O estudo de genomas acessorios pode proporcionar um impacto nos campos da biotecnologia, biologia e sem duvidas da evolucao e, portanto, pode nos ajudar a desvendar quais processos ocorreram em niveis moleculares para essa adaptacao a ambientes tao extremos. O objetivo deste trabalho foi realizar as analises das sequencias de Prasiola crispa. O DNA das organelas foi sequenciado pelo servico Macrogem em um aparelho de sequenciamento de nova geracao Solexa-Illumina Hi seq 2500 a partir deste sequenciamento utilizou-se as ferramentas de comparacao BLASTn e Artemis. A estrutura do genoma do cloroplasto de Prasiola crispa apresenta baixa sintenia se comparado com Prasiolopssis sp. possuindo apenas alguns blocos de genes conservados. O mesmo pode ser observado quando analisamos o genoma de Coccomixia sp. Alem disso o mesmo padrao de baixa sintenia pode ser observado quando comparamos com especies do mesmo genero como Chorella sp. ArM0029B e Chlorella vugaris. Os dados dos genomas plastidiais e mitocondriais serao uteis para analises filogeneticas e compreender a genetica e possiveis adapatacoes sofridas por P. crispa, alem de analises filogeneticas das algas verdes da classe Trebouxiophyceae.
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analise evolutiva dos genomas de organelas de prasiola crispa
Anais do Salão Internacional de Ensino Pesquisa e Extensão, 2016Co-Authors: Tainah Miranda, Evelise Leis Carvalho, Darlene Lopes Rangel, Alexandre Freitas Da Silva, Paulo Marcos Pinto, Tainah Oliveira E Miranda, Gabriel Da Luz WallauAbstract:Mesmo que nao possua grande diversidade de especies devido a baixa temperatura e umidade, o continente Antartico atrai um interesse consideravel de pesquisadores, uma vez que o impacto humano e limitado. Os organismos, que hoje habitam esse continente inospito, desenvolveram diversas estrategias de sobrevivencia, como prosperar em gelo e rochas. Entre eles a alga verde, Prasiola crispa, pertencente a classe Trebouxiophyceae, e a especie mais comumente reportada. A literatura a respeito da taxonomia desta alga e rara e tem muitas lacunas no que diz respeito a relacao evolutiva com seus parentes mais proximos. Uma estrategia para resolver estes problemas taxonomicos e o uso de informacoes dos genomas mitocondriais e plastidiais. Recentemente o nosso grupo sequenciou os genomas das organelas acessorias de P. Crispa. Este trabalho tem como objetivo analisar e estabelecer padroes evolutivos comparando estes genomas de P. Crispa com outros genomas acessorios de diversas especies de clorofitas. A analise filogenomica foi realizada com 79 sequencias codificadoras de genes de cloroplasto e 18 sequencias de mitocondria. A reconstrucao filogenetica foi realizada por maxima verossimilhanca usando o software PhyML 3.0. Tambem foi realizada uma analise de reconstrucao filogenetica Bayesiana usando MrBayes 3.2.1 com o melhor modelo de substituicao de aminoacidos disponiveis para este software: LG + I + G e LG + G para o conjunto de dados plastidiais e mitocondriais. 70 genomas de cloroplastos e 27 genomas mitocondriais foram analisados para realizar o estudo filogenomico. Com base na analise do genoma plastidial de P. crispa formou-se o clado Prasiola atraves do agrupamento com Prasiolopsis sp. e Stichoccus bacillaris. Na analise do genoma mitocondrial, agrupou-se P. crispa com outras Trebouxiophyceae analisadas. Apos estas analises, foi possivel estabelecer a posicao filogenetica de P. crispa com outras especies de algas Trebouxiophyceae, a partir dos genomas acessorios. Algumas incongruencias surgiram entre o conjunto de dados mitocondriais e plastidiais, por isso serao necessarios estudos futuros sobre a biologia destas especies de algas, a fim de compreender a fonte das mesmas. Os dados dos genomas plastidiais e mitocondriais podem ser uteis para estudos de genetica, analise filogenetica, e protecao de recursos de P. Crispa, alem de outras analises filogeneticas de algas verdes da antartica.
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comparacao entre genoma mitocondrial de prasiola crispa e algas Trebouxiophyceae
Anais do Salão Internacional de Ensino Pesquisa e Extensão, 2016Co-Authors: Thalita Fonseca De Araujo, Evelise Leis Carvalho, Gabriel Da Luz Wallau, Darlene Lopes Rangel, Paulo Marcos Pinto, Pablo Echeverria MacedoAbstract:Prasiola crispa (Lightfoot), uma alga originaria do continente Antartico, e, dentro da classe Trebouxiophyceae, uma das mais estudadas e a compreensao de suas organelas acessorias, como a mitocondria, e essencial para o entendimento da biologia desse organismo. Este trabalho teve como objetivo sequenciar o genoma mitocondrial de P. crispa e compara-lo ao de outras algas da classe Trebouxiophyceae. A partir de dados obtidos do NCBI, referentes a 8 especies de algas Trebouxiophyceae com mtDNA sequenciado, foram feitas comparacoes em relacao a ausencia e presenca de genes relacionados a sintese de ATP, bem como complexo respiratorio I, II, III e IV. O DNA mitocondrial de P. crispa possui quatro genes envolvidos na sintese de ATP, seis genes envolvidos no complexo I, nenhum gene envolvido no complexo II, um gene envolvido no complexo III e um gene envolvido no complexo IV, o que e o menor conteudo genico referente a essas funcoes entre as algas Trebouxiophyceae. P. crispa apresenta o maior mtDNA entre as Trebouxiophyceae com o genoma mitocondrial sequenciado. Em uma comparacao entre o mtDNA de P. crispa com algas da classe Trebouxiophyceae, P. crispa nao apresenta um gene relacionado a sintese de ATP, atp4. Em relacao aos complexos respiratorios I, III e IV, P. crispa nao apresenta quatro genes relacionados ao complexo I (nad2, nad6, nad8 e nad9), e, com excecao do gene nad8, todos os genes ausentes em P. crispa estao presentes em todas as outras especies Trebouxiophyceae. O gene cob, relacionado ao complexo respiratorio III esta presente em todas as especies Trebouxiophyceae com seu mtDNA sequenciado. Dois genes relacionados ao complexo IV, cox2 e cox3, estao ausentes em P. crispa, mas se apresentam em outras especies. Em relacao ao complexo II, nenhuma especie Trebouxiophyceae apresenta genes relacionados a esse complexo respiratorio. Conclui-se, portanto, que a P. crispa possui um grande genoma mitocondrial, porem um baixo numero de genes, comparando-se com o restante da classe Trebouxiophyceae. Na mitocondria, varios genes relacionados ao complexo oxidativo e a sintese de ATP (funcoes essenciais ao organismo) estao ausentes. Uma hipotese e que esses genes tenham sido incorporados pelo genoma nuclear durante a evolucao da planta, estudos futuros, como por exemplo, o sequenciamento do genoma nuclear de P. crispa poderao esclarecer este tipo de questoes.
Monique Turmel - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
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distinctive architecture of the chloroplast genome in the chlorodendrophycean green algae scherffelia dubia and tetraselmis sp ccmp 881
PLOS ONE, 2016Co-Authors: Monique Turmel, Christian Otis, Jeancharles De Cambiaire, Claude LemieuxAbstract:The Chlorodendrophyceae is a small class of green algae belonging to the core Chlorophyta, an assemblage that also comprises the Pedinophyceae, Trebouxiophyceae, Ulvophyceae and Chlorophyceae. Here we describe for the first time the chloroplast genomes of chlorodendrophycean algae (Scherffelia dubia, 137,161 bp; Tetraselmis sp. CCMP 881, 100,264 bp). Characterized by a very small single-copy (SSC) region devoid of any gene and an unusually large inverted repeat (IR), the quadripartite structures of the Scherffelia and Tetraselmis genomes are unique among all core chlorophytes examined thus far. The lack of genes in the SSC region is offset by the rich and atypical gene complement of the IR, which includes genes from the SSC and large single-copy regions of prasinophyte and streptophyte chloroplast genomes having retained an ancestral quadripartite structure. Remarkably, seven of the atypical IR-encoded genes have also been observed in the IRs of pedinophycean and trebouxiophycean chloroplast genomes, suggesting that they were already present in the IR of the common ancestor of all core chlorophytes. Considering that the relationships among the main lineages of the core Chlorophyta are still unresolved, we evaluated the impact of including the Chlorodendrophyceae in chloroplast phylogenomic analyses. The trees we inferred using data sets of 79 and 108 genes from 71 chlorophytes indicate that the Chlorodendrophyceae is a deep-diverging lineage of the core Chlorophyta, although the placement of this class relative to the Pedinophyceae remains ambiguous. Interestingly, some of our phylogenomic trees together with our comparative analysis of gene order data support the monophyly of the Trebouxiophyceae, thus offering further evidence that the previously observed affiliation between the Chlorellales and Pedinophyceae is the result of systematic errors in phylogenetic reconstruction.
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Dynamic Evolution of the Chloroplast Genome in the Green Algal Classes Pedinophyceae and Trebouxiophyceae
Genome biology and evolution, 2015Co-Authors: Monique Turmel, Christian Otis, Claude LemieuxAbstract:Previous studies of trebouxiophycean chloroplast genomes revealed little information regarding the evolutionary dynamics of this genome because taxon sampling was too sparse and the relationships between the sampled taxa were unknown. We recently sequenced the chloroplast genomes of 27 trebouxiophycean and 2 pedinophycean green algae to resolve the relationships among the main lineages recognized for the Trebouxiophyceae. These taxa and the previously sampled members of the Pedinophyceae and Trebouxiophyceae are included in the comparative chloroplast genome analysis we report here. The 38 genomes examined display considerable variability at all levels, except gene content. Our results highlight the high propensity of the rDNA-containing large inverted repeat (IR) to vary in size, gene content and gene order as well as the repeated losses it experienced during trebouxiophycean evolution. Of the seven predicted IR losses, one event demarcates a superclade of 11 taxa representing 5 late-diverging lineages. IR expansions/contractions account not only for changes in gene content in this region but also for changes in gene order and gene duplications. Inversions also led to gene rearrangements within the IR, including the reversal or disruption of the rDNA operon in some lineages. Most of the 20 IR-less genomes are more rearranged compared with their IR-containing homologs and tend to show an accelerated rate of sequence evolution. In the IR-less superclade, several ancestral operons were disrupted, a few genes were fragmented, and a subgroup of taxa features a G+C-biased nucleotide composition. Our analyses also unveiled putative cases of gene acquisitions through horizontal transfer.
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Chloroplast phylogenomic analysis resolves deep-level relationships within the green algal class Trebouxiophyceae
BMC evolutionary biology, 2014Co-Authors: Claude Lemieux, Christian Otis, Monique TurmelAbstract:The green algae represent one of the most successful groups of photosynthetic eukaryotes, but compared to their land plant relatives, surprisingly little is known about their evolutionary history. This is in great part due to the difficulty of recognizing species diversity behind morphologically similar organisms. The Trebouxiophyceae is a species-rich class of the Chlorophyta that includes symbionts (e.g. lichenized algae) as well as free-living green algae. Members of this group display remarkable ecological variation, occurring in aquatic, terrestrial and aeroterrestrial environments. Because a reliable backbone phylogeny is essential to understand the evolutionary history of the Trebouxiophyceae, we sought to identify the relationships among the major trebouxiophycean lineages that have been previously recognized in nuclear-encoded 18S rRNA phylogenies. To this end, we used a chloroplast phylogenomic approach. We determined the sequences of 29 chlorophyte chloroplast genomes and assembled amino acid and nucleotide data sets derived from 79 chloroplast genes of 61 chlorophytes, including 35 trebouxiophyceans. The amino acid- and nucleotide-based phylogenies inferred using maximum likelihood and Bayesian methods and various models of sequence evolution revealed essentially the same relationships for the trebouxiophyceans. Two major groups were identified: a strongly supported clade of 29 taxa (core trebouxiophyceans) that is sister to the Chlorophyceae + Ulvophyceae and a clade comprising the Chlorellales and Pedinophyceae that represents a basal divergence relative to the former group. The core trebouxiophyceans form a grade of strongly supported clades that include a novel lineage represented by the desert crust alga Pleurastrosarcina brevispinosa. The assemblage composed of the Oocystis and Geminella clades is the deepest divergence of the core trebouxiophyceans. Like most of the chlorellaleans, early-diverging core trebouxiophyceans are predominantly planktonic species, whereas core trebouxiophyceans occupying more derived lineages are mostly terrestrial or aeroterrestrial algae. Our phylogenomic study provides a solid foundation for addressing fundamental questions related to the biology and ecology of the Trebouxiophyceae. The inferred trees reveal that this class is not monophyletic; they offer new insights not only into the internal structure of the class but also into the lifestyle of its founding members and subsequent adaptations to changing environments.
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The chloroplast genome sequence of the green alga Leptosira terrestris: multiple losses of the inverted repeat and extensive genome rearrangements within the Trebouxiophyceae
BMC genomics, 2007Co-Authors: Jeancharles De Cambiaire, Monique Turmel, Christian Otis, Claude LemieuxAbstract:In the Chlorophyta – the green algal phylum comprising the classes Prasinophyceae, Ulvophyceae, Trebouxiophyceae and Chlorophyceae – the chloroplast genome displays a highly variable architecture. While chlorophycean chloroplast DNAs (cpDNAs) deviate considerably from the ancestral pattern described for the prasinophyte Nephroselmis olivacea, the degree of remodelling sustained by the two ulvophyte cpDNAs completely sequenced to date is intermediate relative to those observed for chlorophycean and trebouxiophyte cpDNAs. Chlorella vulgaris (Chlorellales) is currently the only photosynthetic trebouxiophyte whose complete cpDNA sequence has been reported. To gain insights into the evolutionary trends of the chloroplast genome in the Trebouxiophyceae, we sequenced cpDNA from the filamentous alga Leptosira terrestris (Ctenocladales). The 195,081-bp Leptosira chloroplast genome resembles the 150,613-bp Chlorella genome in lacking a large inverted repeat (IR) but differs greatly in gene order. Six of the conserved genes present in Chlorella cpDNA are missing from the Leptosira gene repertoire. The 106 conserved genes, four introns and 11 free standing open reading frames (ORFs) account for 48.3% of the genome sequence. This is the lowest gene density yet observed among chlorophyte cpDNAs. Contrary to the situation in Chlorella but similar to that in the chlorophycean Scenedesmus obliquus, the gene distribution is highly biased over the two DNA strands in Leptosira. Nine genes, compared to only three in Chlorella, have significantly expanded coding regions relative to their homologues in ancestral-type green algal cpDNAs. As observed in chlorophycean genomes, the rpoB gene is fragmented into two ORFs. Short repeats account for 5.1% of the Leptosira genome sequence and are present mainly in intergenic regions. Our results highlight the great plasticity of the chloroplast genome in the Trebouxiophyceae and indicate that the IR was lost on at least two separate occasions. The intriguing similarities of the derived features exhibited by Leptosira cpDNA and its chlorophycean counterparts suggest that the same evolutionary forces shaped the IR-lacking chloroplast genomes in these two algal lineages.
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The complete mitochondrial DNA sequence of the green alga Oltmannsiellopsis viridis: evolutionary trends of the mitochondrial genome in the Ulvophyceae
Current Genetics, 2006Co-Authors: Jean-françois Pombert, Claude Lemieux, Christian Otis, Philippe Beauchamp, Monique TurmelAbstract:The mitochondrial genome displays a highly plastic architecture in the green algal division comprising the classes Prasinophyceae, Trebouxiophyceae, Ulvophyceae, and Chlorophyceae (Chlorophyta). The compact mitochondrial DNAs (mtDNAs) of Nephroselmis (Prasinophyceae) and Prototheca (Trebouxiophyceae) encode about 60 genes and have been ascribed an ‘ancestral’ pattern of evolution, whereas those of chlorophycean green algae are much more reduced in gene content and size. Although the mtDNA of the early-diverging ulvophyte Pseudendoclonium contains 57 conserved genes, it differs from ‘ancestral’ chlorophyte mtDNAs by its unusually large size (96 kb) and long intergenic spacers. To gain insights into the evolutionary trends of mtDNA in the Ulvophyceae, we have determined the complete mtDNA sequence of Oltmannsiellopsis viridis , an ulvophyte belonging to a distinct, early-diverging lineage. This 56,761 bp genome harbours 54 conserved genes, numerous repeated sequences, and only three introns. From our comparative analyses with Pseudendoclonium mtDNA, we infer that the mitochondrial genome of the last common ancestor of the two ulvophytes closely resembled that of the trebouxiophyte Prototheca in terms of gene content and gene density. Our results also provide strong evidence for the intracellular, interorganellar transfer of a group I intron and for two distinct events of intercellular, horizontal DNA transfer.
