Evolução do veneno em cnidários baseada em dados de genomas e proteomas

A evolução do veneno, uma das misturas mais complexas da natureza, tem sustentado o sucesso da diversificação de inúmeras linhagens de animais. Serpentes deslizantes ou medusas flutuantes utilizam o veneno, um coquetel de peptídeos farmacologicamente ativos, sais e moléculas orgânicas. Esses animais surpreendentes têm provocado grande fascínio ao longo da história humana. Nesta dissertação propomos um estudo da evolução dos venenos no filo Cnidaria, englobando dados proteômicos e genômicos. Este projeto teve como objetivos: (1) caracterizar e elucidar a evolução da composição do veneno em Cnidaria por meio da comparação de listas de proteínas; (2) testar a hipótese de que a variação na família de toxinas específica de cnidários tem sido o resultado de um regime de seleção positiva; e (3) determinar a extensão em que a duplicação de genes pode ser considerada como a principal razão para a diversificação de toxinas em Cnidaria. O capítulo \"Comparative proteomics reveals common components of a powerful arsenal in the earliest animal venomous lineage, the cnidarians\" propõe o estudo comparado mais completo sobre a composição do veneno de cnidários e uma hipótese sobre a montagem evolutiva do complexo arsenal bioquímico de cnidários e do veneno ancestral desse grupo basal. Vinte e oito famílias de proteínas foram identificadas. Destas, 13 famílias foram registradas pela primeira vez no proteoma de Cnidaria. Pelo menos 15 famílias de toxinas foram recrutadas no proteoma de veneno de cnidários antes da diversificação dos grupos Anthozoa e Medusozoa. Nos capítulos \"Evidence of episodic positive selection in the evolution of jellyfish toxins of the cnidarian venom\" e \"Gene duplications are extensive and contribute significantly to the toxic proteome of nematocysts isolated from Acropora digitifera (Cnidaria: Anthozoa: Scleractinia)\", nossas análises demonstram que as famílias de toxinas nos cnidários se diversificam amplamente mediante a duplicação de genes. Além disso, em contraste com as famílias de toxinas do veneno na maioria das linhagens animais; nós identificamos um padrão diferente na família de toxinas específica de cnidários, em que há uma seleção purificadora por longos períodos seguindo longos tempos de diversificação ou vice-versa

TAXONOMY, MORPHOLOGY, AND RNA-SEQ TRANSCRIPTOMICS OF THE CUBOZOAN ALATINA ALATA, AN EMERGING MODEL CNIDARIAN

Cnidarians are often considered simple animals, but the more than 13,000 estimated species (e.g., corals, hydroids and jellyfish) of the early diverging phylum exhibit a broad diversity of forms, functions and behaviors, some of which are demonstrably complex. In particular, cubozoans (box jellyfish) are cnidarians that have evolved a number of distinguishing features. Some cubozoan species possess complex mating behaviors or particularly potent stings, and all possess well-developed light sensation involving image-forming eyes. Like all cnidarians, cubozoans have specialized subcellular structures called nematocysts that are used in prey capture and defense. The objective of this study is to contribute to the development of the box jellyfish Alatina alata as a model cnidarian. This cubozoan species offers numerous advantages for investigating morphological and molecular traits underlying complex processes and coordinated behavior in free-living medusozoans (i.e., jellyfish), and more broadly throughout Metazoa. First, I provide an overview of Cnidaria with an emphasis on the current understanding of genes and proteins implicated in complex biological processes in a few select cnidarians. Second, to further develop resources for A. alata, I provide a formal redescription of this cubozoan and establish a neotype specimen voucher, which serve to stabilize the taxonomy of the species. Third, I generate the first functionally annotated transcriptome of adult and larval A. alata tissue and apply preliminary differential expression analyses to identify candidate genes implicated broadly in biological processes related to prey capture and defense, vision and the phototransduction pathway and sexual reproduction and gametogenesis. Fourth, to better understand venom diversity and mechanisms controlling venom synthesis in A. alata, I use bioinformatics to investigate gene candidates with dual roles in venom and digestion, and review the biology of prey capture and digestion in cubozoans. The morphological and molecular resources presented herein contribute to understanding the evolution of cubozoan characteristics and serve to facilitate further research on this emerging cubozoan model.