Diversidade biossintética de metabólitos secundários de fungos dos gêneros Pestalotiopsis, Pseudopestalotiopsis e Neopestalotiopsis
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Sousa, Thiago Fernandes
Ferreira, Ana Francisca Tibúrcia Amorim Ferreira e
Ferreira, Ana Francisca Tibúrcia Amorim Ferreira e
Pós-Graduação
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Universidade Federal do Amazonas
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Resumo
Os fungos dos gêneros Pestalotiopsis, Neopestalotiopsis e Pseudopestalotiopsis destacam-se pela capacidade de produzir metabólitos secundários estruturalmente complexos com atividades antiviral, antimicrobiana e antitumoral, sendo reconhecidos como microrganismos de interesse agrícola e biotecnológico. Este estudo teve como objetivo explorar, por meio de mineração genômica, a diversidade de clusters de genes biossintéticos (BGCs) e famílias de clusters (GCFs) em 23 genomas pertencentes aos três gêneros (9 de Pestalotiopsis, 10 de Neopestalotiopsis e 4 de Pseudopestalotiopsis), incluindo 17 linhagens obtidas de bases públicas (NCBI e JGI) e 6 linhagens amazônicas patogênicas da coleção da Embrapa Amazônia Ocidental. A identificação e anotação de BGCs foram realizadas utilizando antiSMASH versão 8.0, seguida de análise de redes de similaridade de sequências e agrupamento em famílias com BiG-SCAPE, possibilitando a construção de redes moleculares e análises de sintenia. Foram identificados 2.113 BGCs distribuídos em sete classes principais: NRPS (795 BGCs), PKSI (607 BGCs), Terpene (282 BGCs), Others (596 BGCs), PKSother (162 BGCs), PKS-NRP Hybrids (138 BGCs) e RiPPs (36 BGCs), evidenciando predominância de vias biossintéticas relacionadas a peptídeos não-ribossomais e policetídeos tipo I. A análise por gênero revelou que Neopestalotiopsis apresentou o maior número de BGCs (989), com composição equilibrada entre PKSI (27,40%), NRPS (25,48%) e Terpenos (12,74%), indicando maior versatilidade metabólica, enquanto Pestalotiopsis exibiu 666 BGCs com predominância de NRPS (28,98%) e PKSI (28,68%), e Pseudopestalotiopsis totalizou 458 BGCs, destacando-se pela categoria Others (29,26%). O agrupamento em redes de similaridade resultou na identificação de 632 GCFs, sendo 165 de NRPS, 141 de PKSI, 168 de Others, 63 de Terpene, 47 de PKSother, 36 de PKS-NRP Hybrids e 12 de RiPPs. A análise de compartilhamento revelou predominância de GCFs exclusivas de cada gênero (unique) e singletons, com apenas 9 GCFs classificadas como core (compartilhadas pelos três gêneros), evidenciando elevada especialização metabólica e baixa conservação de vias biossintéticas. A comparação com o banco de dados MIBiG identificou apenas 4 GCFs (0,63%) com correspondência a clusters caracterizados experimentalmente, envolvendo 19 BGCs (0,9% do total), incluindo famílias relacionadas à produção de policetídeos tipo I (T1PKS) em Nodulisporium sp., Glarea lozoyensis e Daldinia eschscholzii, ácido pesteico em Pestalotiopsis fici, derivados de indol e cloropestolides em Pestalotiopsis fici, e flavunoidina em Aspergillus flavus, indicando que mais de 99% das GCFs constituem clusters órfãos com potencial inexplorado para descoberta de novos compostos bioativos. A abordagem computacional integrada empregada neste estudo reforça a relevância da bioinformática como ferramenta para a prospecção de metabólitos secundários em larga escala e para o entendimento da evolução funcional de BGCs em fungos filamentosos, consolidando o potencial dos fungos pestalóides, especialmente linhagens amazônicas de um bioma de megadiversidade, como fontes promissoras de produtos naturais com aplicações biotecnológicas e farmacológicas.
Abstract
Fungi from the genera Pestalotiopsis, Neopestalotiopsis, and Pseudopestalotiopsis are recognized for their ability to produce structurally complex secondary metabolites with antiviral, antimicrobial, and antitumoral activities, making them of significant agricultural and biotechnological interest. This study aimed to explore, through genome mining, the diversity of biosynthetic gene clusters (BGCs) and gene cluster families (GCFs) in 23 genomes from these three genera (9 Pestalotiopsis, 10 Neopestalotiopsis, and 4 Pseudopestalotiopsis), including 17 strains from public databases (NCBI and JGI) and 6 pathogenic Amazonian strains from the Embrapa Western Amazon collection. BGC identification and annotation were performed using antiSMASH version 8.0, followed by sequence similarity network analysis and clustering into families using BiG-SCAPE, enabling molecular network construction and synteny analysis. A total of 2,113 BGCs were identified and classified into seven major categories: NRPS (795 BGCs), PKSI (607 BGCs), terpenes (282 BGCs), others (596 BGCs), PKSother (162 BGCs), PKS-NRP hybrids (138 BGCs), and RiPPs (36 BGCs), highlighting the predominance of nonribosomal peptide and type I polyketide biosynthetic pathways. Genus-level analysis revealed that Neopestalotiopsis exhibited the highest number of BGCs (989), with a balanced composition of PKSI (27.40%), NRPS (25.48%), and terpenes (12.74%), suggesting greater metabolic versatility. Pestalotiopsis showed 666 BGCs, mainly NRPS (28.98%) and PKSI (28.68%), while Pseudopestalotiopsis presented 458 BGCs, with a predominance of the “others” category (29.26%). Clustering analysis identified 632 GCFs, including 165 NRPS, 141 PKSI, 168 others, 63 terpenes, 47 PKSother, 36 PKS-NRP hybrids, and 12 RiPPs. Most GCFs were genus-specific (unique) or singletons, with only 9 core GCFs shared among the three genera, indicating high metabolic specialization and low conservation of biosynthetic pathways. Comparison with the MIBiG database revealed that only 4 GCFs (0.63%) matched experimentally characterized clusters, encompassing 19 BGCs (0.9% of the total), including type I polyketides, pestheic acid, indole derivatives, chloropestolides, and flavunoidin. These results indicate that more than 99% of GCFs correspond to orphan clusters with unexplored biosynthetic potential. The integrated computational approach employed in this study highlights the relevance of bioinformatics for large-scale secondary metabolite prospecting and for understanding the functional evolution of BGCs in filamentous fungi, reinforcing the potential of pestaloid fungi, particularly Amazonian strains from a megadiverse biome, as promising sources of novel bioactive compounds for biotechnological and pharmaceutical applications.
Descrição
Palavras-chave
Termo controlado
Produtos Biológicos; Biologia Computacional
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS)
Citação
SILVA, Édy Carlos Cavalcante da. Diversidade biossintética de metabólitos secundários de fungos dos gêneros Pestalotiopsis, Pseudopestalotiopsis e Neopestalotiopsis. 2025. 63 f. Dissertação (Mestrado em Biotecnologia) - Universidade Federal do Amazonas, Manaus (AM), 2025.
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