Bioinformática e Biodiversidade: - Instituto Capixaba de Pesquisa ...

MARCA
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Bioinformática e Biodiversidade:
dos conceitos à aplicação na elucidação da estrutura da biota do
solo
José Roberto de Assis Ribeiro
Guarapari — ES
Setembro / 2010

Métodos de Bioinformática aplicados à
elucidação da estrutura das comunidades
biológicas do solo

Bioinformática e Biodiversidade:
dos conceitos à aplicação na elucidação da estrutura da
biota do solo
1 – Introdução – Conceitos
2 – Tecnologia:
2.1 geração de dados: sequenciamento genomena,
metagenoma, phylochip, microarray …
2.2 Os dados - bancos de dados – ferramentas para
entender os resultados
3 - Estudos de caso 1-4 Conhecimento adquirido
4 – Conclusão – Einstein falou informação não é
conhecimento.

Bioinformática
•
Biologia
•
Estudo dos seres vivos
•
Informática
•
Informação + automática
ou matemática
•
Adquirir e trabalhar a
informação de forma
automática

Definições
•
Bioinformática – dados de Biologia Molecular, Genômica
•
Bioinformática – ciência que utiliza técnicas de informática para
aquisição, gerenciamento, análise, etc, de dados (informação)
de áreas da Biologia.
•
Pesquisa, desenvolvimento ou aplicação de ferramentas e
abordagens computacionais para o tratamento de dados
biológicos, incluindo aquisição, armazenamento, organização,
arquivamento, análise e visualização de tais dados. (NIH –
National Institute of Health).

Imuno-informática
neuroinformática
Análise de
imagens
Bioinformática
informática em
BioMol
filoinformática
Etc-informática

•
Une biologia, ciência da computação e tecnologia da informação em uma única disciplina.
Existem três importantes disciplinas na bioinformática:
•
1 – Desenvolvimento de novos algoritmos para acessar relações entre membros de
grandes conjuntos de dados.
•
2 – Análise e interpretação de vários tipos de dados, incluindo seqüências nucleotídicas e
de aminoácidos, domínios e estruturas de proteínas.
•
3 – Desenvolvimento e implementação de ferramentas que permitam o acesso eficiente e o
gerenciamento de diferentes tipos de informação.

Porque utilizar a Bioinformática para estudar a
Biodiversidade?

Biodiversidade

D
e
Biodiversidade
e
s
p
é
c
i
e
s
-

comunidade
Biodiversidade
espécies
intraespecífica
Funcional : genes, espécies,
populações e comunidades

Convenção da Biodiversidade ECO-92
Total (archea,
eucaria, bacteria)
No. espécies
descritas (M)
No. espécies
estimadas (M)
1,8 5 a 100
16-17mil espécies/ano, Déficit Taxonômico!!!

Conceito de espécie
•
Morfoespécie ou conceito tipológico – semelhança morfológica
•
Genoespécie – semelhança genética
•
Conceito biológico de espécie – barreira sexual

Porque tão diverso?
•
Ambiente é diverso;
•
Interdependência das espécies;
•
Competição;

“Antes se achava que a Biologia era complexa
demais para aplicar Matemática. Agora pensamos
que ela é complexa demais para NÃO usar”

C
o
m
o
g
e
r
e
n
c
i
a
•
v. 289, n. 5488, 2000.

Tsai & Caldas (Cena – USP)

GM
ei
nc
or
mo
ab
i
Ho
um
ma
a
nH
ou
m
Metagenômica
Metagenômica do Solo - ??????? genes

DDBJ Bank – Japão
http://www.ddbj.nig.ac.jp/index-e.html
GenBank NCBI – EUA
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/guide/
EMBL Bank – europeu
http://www.ebi.ac.uk/embl/

RDP
http://rdp.cme.msu.edu/
Projeto Arb - Silva
http://www.arb-home.de/
http://www.arb-silva.de/
Green Genes
http://greengenes.lbl.gov

BIOIONFORMÁTICA como uma ferramenta
http://molbiol-tools.ca/molecular_biology_freeware.htm
Clique para editar o estilo do subtítulo mestre

5
0
-
6
0
%
Desenho de Iniciadores (Primers)
C
G
T
e
m
p
.
d
e

Código de nucleotídeo - IUB

T
a
x
a
Como escolher um gene ou uma
região de um gene?
d
e
e
v
o
l
u
ç

Seqüências não alinhadas de
16s RNA

Região conservada
16s RNA

Região variável
rrn

Arrays
Phylochip

Estudos de caso
Diversidade e Ecofisiologia de
Leveduras em Plantio
Orgânico
de Cana-de-Açúcar
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
INSTITUTO DE AGRONOMIA
CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM AGRONOMIA - CIÊNCIA DO
SOLO

Basideomiceto
Ascomiceto
Análise filogenética, gene LSU região D1-D2, método Máxima Parsimônia

A
s
d
i
f
e
r
e
n
t
e
s

Archeae
terra preta de índio (TPI) X solo adjacente (ADJ)
UT
Os
obs
erv
ado
s
Taketani & Tsai 2010
Microbial Ecology
Volume 59, Number 4
Clones amostrados

Distribuição dos grupos de Archeae em terra preta
de índio (TPI) e solo adjacente (ADJ)
Taketani & Tsai 2010
Microbial Ecology
Volume 59, Number 4

System Workflow Overview

Estudo da diversidade da comunidade
bacteriana presente na rizosfera de duas
plantas vasculares na Baía do
Almirantado Iha do Rei George, Antártica.
Objetivos:
Variações na estrutura da comunidade do solo em
relação a planta e ao tipo de solo

Plantas Vasculares
We examined bacterial community compositions for five paired samples (samples collected at the same
coordinates) of two vascular plant rhizosphere from three different sites at Admiralty bay, King George Island,
part of the South Shetlands Archipelago, maritime Antarctica.
Colobanthus quitenses
Deschampsia antarctica

Locais de amostragem
EACF
Ipanema Arctowski

Amostragem
Samples Site Cover Plant
IC1 Braziian Station1 -IPANEMA Colobanthus
IC2 Braziian Station1 -IPANEMA Colobanthus
ID1 Braziian Station1 -IPANEMA Deschampsia
ID2 Braziian Station1 -IPANEMA Deschampsia
QC7 Braziian Station2- EACF Colobanthus
QC8 Braziian Station2- EACF Colobanthus
QD7 Braziian Station2- EACF Deschampsia
QD9 Braziian Station2- EACF Deschampsia
AD10 Polish Station Deschampsia
AD11 Polish Station Deschampsia

SSU rRNA Pyrosequencing Results
Microbial diversity in the Antarctic Continent using
pyrosequencing
About 25,000 sequences of DNA fragments identified
GS FLX 454
Number of Phylotypes
1200
1000
800
600
400
AD
IC
ID
QC
QD
200
1000 2000 3000 4000 5000
Number of sequences

Rarefaction curves
AD
Number of Phylotypes
2000
1500
1000
500
0
3
5
10
20
Number of Phylotypes
1200
1000
800
600
400
AD
IC
ID
QC
QD
200
1000 2000 3000 4000 5000 6000
Number of sequences
1000 2000 3000 4000 5000
Number of sequences
Curvas de rarefação para diferentes níveis
de dissimilaridade para as bibliotecas de 16S
das amostras do ponto A
Curvas de rarefação para todas as bibliotecas
para 3% de dissimilaridade

Pyrosequence library – Phylum distribution
The phylum distribution presents a peculiar pattern.
Firmicutes = the most abundant phyla

Pyrosequence library – Phylum distribution
In a generally way, only minor differences were observed in
bacteria rhizosphere communities in response to different plant
species or sample site

Cluster analyses from DGGE profiles and pyrosequence
data
IC1 000000
IC2 000000
ID1 000000
ID2 000000
QC7 000000
AD10 00000
QC8 000000
AD11 00000
QD9 000000
QD7 000000
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0.02
Open Symbols represented Colobanthus, and closed Symbols represent Deschampsia
95% Complete linkage clustering, Chao-Sorensen abundance based similarity indices, and UPGMA method
were used.

•
Os filos de bactérias presentes são semelhantes aos encontrados em outros solos
(Proteobacteria, Actinobacteria, Acidobacteria, Chloroflexi, Verrucomicrobia,
Bacteroidetes, Planctomycetes, Gemmatimonadetes, and Firmicutes) porém apresentam
um padrão peculiar com o filo Firmicutes sendo abundante em todas as amostras.
• Actinobacteria e Proteobacteria possuem algum grau de variação entre as amostras
e, com Firmicutes, são os três filos mais abundantes.
•
A Classe Clostridia representa mais de 70% das sequencias de Firmicutes obtidas, o
que pode indicar uma alta frequencia anaeróbica nas amostras.

Complexidade do
Solo
Fonte: S. Rose e
E.T. Elliott fao.org

Obrigado.
José Roberto de Assis Ribeiro
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