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Tipo: TCC
Título: Meta-análise de redes metabólicas de plantas sob diferentes condições de estresse
Título em inglês: Meta-analysis of metabolic networks of plants under different stress conditions
Autor(es): Cardoso, Lívia Leitão
Orientador: Daloso, Danilo de Menezes
Coorientador: Freire, Francisco Bruno Silva
Palavras-chave em português: Metabolômica;Estresse;Topologia;Biologia de sistemas
Palavras-chave em inglês: Metabolomics;Stress;Topology;Systems biology
CNPq: CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS
Data do documento: 2022
Citação: CARDOSO, Lívia Leitão. Meta-análise de redes metabólicas de plantas sob diferentes condições de estresse. 2025. 53 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Biotecnologia) — Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2022.
Resumo: Devido a necessidade de se obter genótipos com tolerância aos estresses abióticos, a resposta do metabolismo de plantas sob condições de estresse tem sido largamente estudada. Porém, a visão holística e integrativa dos dados para analisar propriedades em escala de redes e distinguir componentes com maior robustez para sobreviver ao meio adverso é escassa. Neste sentido, o objetivo principal deste trabalho foi analisar as mudanças na topologia e padrões de conectância das redes metabólicas de plantas sob condições de estresse. Para isso, realizamos uma meta-análise usando oito trabalhos previamente publicados que possuem dados de metabolômica sob condições de estresse por déficit hídrico, baixa temperatura, excesso de sal, ou limitação de nitrogênio. Os dados foram obtidos e analisados usando os softwares Cytoscape, para a criação de redes de correlação, e MetaboAnalyst, para análises multivariadas via PLS-DA (Partial Least Square Discrimante Analysis) e de biomarcadores. Os dados obtidos nas plantas sob estresse foram comparados com plantas na ausência de estresse, com intuito de: (i) analisar se o aparecimento de hubs é uma resposta comum em redes metabólicas de plantas sob estresse; (ii) identificar quais metabólitos possuem alto grau de conectância nas redes metabólicas de plantas na ausência e presença de condições de estresse; (iii) analisar a capacidade da análise PLS-DA em separar plantas na ausência ou presença de estresse; (iv) identificar padrões de resposta metabólica comum a diferentes tipos de estresse; (v) verificar as semelhanças e diferenças das informações obtidas das análises PLS-DA e de redes metabólicas. Os resultados demonstraram que a análise de PLS-DA é capaz de distinguir claramente plantas sob estresse de seus respectivos grupos controles usando dados de perfil metabólico. No entanto, não houve um padrão claro no que concerne aos parâmetros obtidos nas análises de redes metabólicas. Enquanto algumas espécies apresentaram diminuição na densidade da rede, outras, sob diferente tipo de estresse, ou até mesmo a mesma espécie sob o mesmo tipo, mas diferente nível de estresse, tiveram aumento neste parâmetro. Interessantemente, o cálculo do número de hubs de uma rede, recentemente estabelecido em nosso grupo, foi positivamente e negativamente correlacionado com a densidade (r = 0.90; P < 0.001) e a heterogeneidade (r = - 0.59; P = 0.014) da rede, respectivamente. Isso demonstra o poder deste parâmetro, que, além de fornecer informações sobre a conectância e topologia da rede, ressalta quais hubs (metabólitos) mais influenciam a topologia da mesma. Compilando juntamente as hubs, a análise de biomarcadores e os metabólitos que mais contribuíram para a separação na análise de PLS-DA, nosso trabalho identificou quais metabólitos são possíveis marcadores de estresse em plantas, dentre os quais destaca-se asparagina, aminoácidos (Val, Ile, Leu, Gly, Phe e Trp), açúcares (frutose e raffinose) e shikimato. Tomados em conjunto, nossa meta-análise fornece uma estratégia de análise de dados sistêmica para análise de dados de perfil metabólico de plantas sob estresse, em que diferentes ferramentas são utilizadas para identificar marcadores metabólicos, sendo possível sua extensão para áreas não relacionadas à biologia vegetal.
Abstract: Due to the need to obtain genotypes with tolerance to abiotic stress, the metabolic response of plants under stress conditions has been widely studied. However, a holistic and integrative view of data to analyse proprieties at network scale and to distinguish components with greater robustness to survive adverse environment is scarce. In this context, the main objective of this study was to analyse the changes in topology and connectivity of metabolic networks of plants under stress conditions. Thereunto, we carried out a meta-analysis using eight previously published works that contain metabolomics data under different stress conditions such as water deficit, low temperature, salt excess, or nitrogen limitation. The data was obtained and analysed using the Cytoscape software, for the creation of correlation-based networks, and MetaboAnalyst, for multivariate analysis via PLS-DA (Partial Least Square Discrimante Analysis) and biomarker analysis. The data obtained of plants under stress were compared to plants in the absence of stress, in order to: (i) analyse if the appearance of hubs is a common response in metabolic networks of plants under stress; (ii) identify which metabolites have high degree of connection in metabolic networks of plants in absence and presence of stress conditions; (iii) analyse the capacity of PLS-DA in separating plants in absence and presence of stress; (iv) identify common metabolic responses to different stress conditions; (v) verify the similarities and differences among PLS-DA and metabolic network analyses. The results demonstrated that PLS-DA is capable to distinguish plants under stress from its respective control groups using metabolite profiling data. However, there was no clear pattern regarding the parameters obtained in the analysis of metabolic networks. Whilst some species presented a decrease in network density, others, under different stress condition, had an increase in this parameter. Interestingly, the calculation of the number of hubs in a network, recently established in our group, was positively and negatively correlated with network density (R2 = 0.90; P < 0.001) and heterogeneity (R2 = - 0.59; P = 0.014), respectively. This highlights the power of this parameters that, in addition to providing information about network density and topology, it also highlights which hubs (metabolites) have great influence on the network topology. Taking together the hubs, biomarker analyses and the metabolites that most contributed to the separation in PLS-DA, our work identified which metabolites are possible stress markers in plants, among which stands out asparagine, amino acids (Val, Ile, Leu, Gly, Phe and Trp), sugars (fructose and rafinose) and shikimate. Taken together, our meta-analysis provides a systemic data analysis approach for analyzing metabolite profiling data from plants under stress, in which different tools are used to identify metabolic markers, being possible its extension to areas unrelated to plant biology.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/83652
ORCID do(s) Autor(es): https://orcid.org/0000-0001-8832-6782
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/4241611106050887
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0003-1842-420X
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/0306680503261422
ORCID do Coorientador: https://orcid.org/0000-0002-3413-159X
Currículo Lattes do Coorientador: http://lattes.cnpq.br/2971060856235073
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:BIOTECNOLOGIA - Monografias

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