Filogenia molecular de cianobactérias baseada em sequências do 16S-23S-ITS rDNA e PC-IGS: investigação de transferência lateral do PC

Abstract

As cianobactérias apresentam uma ampla variabilidade fenotípica e ecológica. Porém, esta variabilidade, muitas vezes, não corresponde à sua diversidade genética. Assim, o uso de marcadores moleculares é fundamental para os estudos de filogenia neste grupo. Entretanto, a filogenia molecular enfrenta um desafio na seleção dos marcadores devido à ocorrência relativamente frequente da transferência de genes de forma lateral entre os procariotos. Em cianobactérias os marcadores dos espaçadores dos genes ribossomais (16S-23S-ITS rDNA) e do operon da ficocianina (PC-IGS) estão entre os mais utilizados nestes estudos. Contudo, alguns trabalhos sugerem que o PC-IGS possa ter sito transferido lateralmente em sua história evolutiva. A identificação de morfoespécies dos gêneros Microcystis e Geitlerinema é baseada em caracteres morfológicos que em geral não correspondem à sua variabilidade genética. Com o objetivo de investigar a transferência lateral do operon da ficocianina em Geitlerinema e Microcystis, foram obtidas e comparadas árvores filogenéticas de ambas espécies baseadas nos marcadores PC-IGS e 16S-23S-ITS rDNA. As topologias das árvores obtidas para ambos os marcadores foram muito semelhantes e indicaram que o PC-IGS é estável e indicado para os estudos de taxonomia e filogenia de linhagens de Geitlerinema e Microcystis. Assim, hipótese inicial de transferência lateral foi refutada. Algumas linhagens tiveram seu posicionamento divergente entre um marcador e outro, o que ressalta a importância do uso de mais de um marcador em estudos de filogenia. O marcador PC-IGS apresentou melhor desempenho que 16S-23S-ITS rDNA. As árvores filogenéticas de Geitlerinema baseadas em ambos os marcadores indicaram a ocorrência de espécies crípticas dentre as linhagens estudadas e corroboraram que G. amphibium e G. unigranulatum devem ser consideradas sinonímias...

Cyanobacteria show a wide phenotypic and ecological variability, but frequently this variability does not correspond to their genetic variation. Therefore, the use of molecular markes is critical for phylogenetic studies in this group. At the same time, the selection of molecular markers represents a challenge for the molecular phylogeny due to the horizontal gene transfer, witch is a relatively common process among the prokaryotes. In cyanobacteria, makers for the ribosomal genes spacer (16S-23S-ITS rDNA) and for the phycocyanin operon spacer (PC-IGS) are among of the most used for phylogeny. However, some studies suggest that the PC-IGS marker may have been horizontally transferred during its evolutionary history. The identification of the morphospecies from the genus Microcystis and Geitlerinema is based in their morphological characters, but they generally do not correspond to genetic variability. In order to investigate the possibility of horizontal transfer of the phycocyanin operon in Microcystis and Geitlerinema, phylogenetic trees based on the PC-IGS and 16S- 23S-ITS rDNA were generated and compared. The topologies obtained for both markers were very similar, indicating that the PC-IGS marker is stable and suitable for taxonomical and phylogenetic studies in Microcystis and Geitlerinema. Therefore, the initial hypothesis of horizontal transfer was rejected. Some strains were found to have divergent positions between the trees based on the two molecular markes, witch highlights the importance of using more than one marker in phylogenetic studies. The PC-IGS marker performed better than 16S-23SITS rDNA. The Geitlerinema phylogenetic trees based on both markers indicated the occurrence of cryptic species among the strains and corroborated that G. amphibium and G. unigranulatum should be treated as synonyms. The phylogenetic tree based on PC-IGS formed a monophyletic clade... (Complete abstract click electronic access below)