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Perfil transcriptômico do tambaqui Colossoma macropomum (Cuvier, 1818) revela adaptação local de duas populações artificialmente criadas e plasticidade regional sobre um cenário extremo de mudança climática
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Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia - INPA
Resumo
Mudanças climáticas de influência antrópica representam atualmente um grave
problema de ordem ambiental, econômica e social, intensificando seus agravos em
todos os níveis da escala biológica. Em face das mudanças ambientais em curso,
são esperados dois mecanismos de resposta adaptativa pelos organismos:
plasticidade fenotípica e evolutiva. Mudanças plásticas envolvem a habilidade de um
genótipo expressar diferentes fenótipos em curto prazo, enquanto evolutivas
ocorrem a longo prazo, dependendo de mutações e seleção natural. Ajustes nos
diferentes níveis da organização biológica em organismos expostos
experimentalmente a condições abióticas variáveis têm sido caracterizados nos
últimos anos, revelando a plasticidade fenotípica de várias espécies. Com objetivo
de compreender, em nível molecular, os ajustes de uma espécie de peixe nativa
comercialmente valiosa como o tambaqui Colossoma macropomum (Cuvier, 1818), o
presente estudo apresenta duas abordagens inéditas: i) a avaliação comparativa do
perfil transcriptômico de duas populações de tambaqui criadas em regiões
termicamente distintas (Capítulo I); e ii) a avaliação da influência de um cenário
climático extremo sobre o transcriptoma de peixes de cativeiro (Capítulo II). No
primeiro momento, um total de 20 juvenis de tambaqui foi coletado ex-situ em duas
estações de piscicultura brasileiras localizadas nas regiões Norte (Centro de
Tecnologia, Treinamento e Produção em Aquicultura, CTTPA – SEPA/SEPROR,
Balbina/AM) e Sudeste (Piscicultura Brumado, Mogi Mirim/SP). No segundo
momento, 200 juvenis de tambaqui provenientes das mesmas populações foram
adquiridos, transportados para Manaus/AM e aclimatados às condições laboratoriais.
Um total de 36 juvenis de tambaqui de ambas as populações foram artificialmente
expostos durante 30 dias aos cenários climáticos atual (condição controle) e
extremo, tal como o RCP8.5 previsto em recente relatório do IPCC (2014). A análise
de sequenciamento de RNA (RNA-Seq) de 18 bibliotecas de fígado de tambaqui
revelou 2.765 genes diferencialmente expressos (DEGs), cujos termos foram
classificados em uma gama de funções moleculares (5.311), processos biológicos
(5.610) e componentes celulares (1.202). No geral, genes responsivos ao estresse
celular foram regulados positivamente tanto nos indivíduos provenientes de
diferentes latitudes (Capítulo I) quanto expostos a um cenário climático extremo, em
relação ao cenário controle (Capítulo II), tais como: YWHAE, MAPKAPK2, ATXN3
(resposta celular ao calor); KCNMA, nrp1a, Ireb2, Pink1, Slc29a1, LONP1, Nop53,
ldha (resposta à hipóxia); e sod, Gpx4, IDH1, LONP1, NDUFS2, TXN2, ATOX1
(resposta celular ao estresse oxidativo). A regulação dos DEGs revela diferentes
estratégias para a adaptação local das populações aos distintos locais de criação
bem como plasticidade regional em lidar com as mudanças climáticas previstas para
o final do século XXI.
Abstract:
Human-induced climate change is considered a severe threat to environmental,
economic, and social sustainability framework, inducing disturbances at all levels of
biodiversity. Overall, two mechanisms of adaptive responses by organisms are
expected in the face of ongoing environmental changes: phenotypic plasticity and
evolutionary change. Plasticity shifts short-term responses producing different
phenotypes, whereas long-term responses through mutations and natural selection
are expected from the evolutionary point of view. Phenotypic plasticity in organisms
experimentally exposed to variable abiotic conditions has been investigated over the
last few years. Herein, the molecular plasticity of tambaqui Colossoma macropomum
(Cuvier, 1818), an economically important species for Brazilian aquaculture, was
assessed through two unprecedented approaches: i) a comparative transcriptome
profile evaluation in two farmed tambaqui populations (Chapter 1); and ii) the
investigation of the effects of an extreme climate change scenario on transcripts
differentially expressed compared to the current scenario of the same two farmed
populations (Chapter 2). Firstly, a total of 20 tambaqui juveniles were ex-situ sampled
in two fish farms located in the Northern (Balbina Center of Technology, Training and
Production in Aquaculture, CTTPA – SEPA/SEPROR, Balbina/AM) and Southeast
(Brumado Fish Farming, Mogi Mirim/SP) regions from Brazil. Secondly, 200 tambaqui
juveniles from the same populations were purchased, transported to Manaus/AM,
and acclimated to laboratory conditions. Thirty-six tambaqui juveniles of both
populations were artificially exposed during 30 days in simulated climate scenarios:
current (baseline condition) and extreme such as foreseen in RCP8.5, according to a
recent IPCC report (2014). RNA sequencing analysis (RNA-Seq) from 18 libraries of
the liver tissue revealed 2,765 differentially expressed genes, whose terms were
assigned into a range of molecular functions (5,311), biological processes (5,610)
and cellular components (1,202). Overall, responsive genes to cellular stress were
upregulated in tambaquis of both different latitudes and after exposure to an extreme
climate scenario, such as YWHAE, MAPKAPK2, ATXN3 (cellular responses to heat);
KCNMA, nrp1a, Ireb2, Pink1, Slc29a1, LONP1, Nop53, ldha (hypoxia responses);
and sod, Gpx4, IDH1, LONP1, NDUFS2, TXN2, ATOX1 (oxidative stress responses).
The regulation of DEGs suggests different strategies for local adaptation of
populations raised in climatically variable regions (different latitudes), as well as
regional plasticity to deal with climate changes projected for the end of the century by
IPCC.
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