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Publicação
Metabarcoding analysis of fungal diversity in the Phyllosphere of Cashew in Guinea-Bissau
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
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Resumo(s)
A Guiné-Bissau é um país localizado na África Ocidental, dividido em 8 regiões (Bafatá, Biombo,
Bissau, Bolama, Cacheu, Gabú, Oio, Quinara e Tombali), para além da capital, Bissau. O país tem as suas
fronteiras definidas com o Senegal a Norte, com a República da Guiné a Sul e a Este, e com o oceano
Atlântico a Oeste. O cajueiro (Anacardium occidentale L.) é uma árvore perene, nativa do Brasil e
largamente cultivada em muitos países tropicais. Pertence à mesma família, Anacardiaceae, que a manga
e o pistácio, e adapta-se bem a diversos tipos de solos e climas, nomeadamente em planaltos costeiros e
em baixas altitudes.
O cajueiro na Guiné-Bissau é cultivado por agricultores familiares, como cultura de rendimento, tendo
sido abandonadas culturas de subsistência, como o arroz e milho. Mais de 90% das exportações da GuinéBissau são derivadas da castanha de caju, envolvendo cerca de 85% da população, o que ilustra a grande
dependência social e económica deste produto agrícola. Embora o caju possa ser visto como um motor
para o melhoramento macroeconómico, a dependência da cultura a nível social e o abandono da produção
de culturas de subsistência, contribui grandemente para a insegurança alimentar do país. Sendo uma das
maiores fontes de rendimento, o cajueiro está a ser plantado em grande escala em regime de monocultura,
em que muitas das árvores se encontram fora da idade produtiva (>25 anos), o que as torna mais
vulneráveis a doenças e pragas. Tendo em conta que o cajueiro é uma cultura não nativa da Guiné-Bissau,
está ainda mais vulnerável a estes problemas fitossanitários. Constituindo a principal fonte de rendimento
deste país da zona oeste africana, é de extrema importância salvaguardar esta cultura e prevenir qualquer
evento que possa levar à sua perda.
Uma das razões mais proeminentes que levam à diminuição do rendimento do cajueiro são as doenças,
nomeadamente infeções fúngicas como a resinose, antracnose, bolor negro, oídio e manchas angulares nas
folhas. Assim, torna-se essencial identificar estas ameaças biológicas e entender como se correlacionam
com as diferentes zonas geográficas do país, tanto em plantas sintomáticas como em
assintomáticas/saudáveis visualmente. Para isto, métodos bioinformáticos foram usados, tal como técnicas
de nova geração como o metabarcoding. À medida que os métodos tradicionais se tornam mais lentos e
menos confiáveis, métodos como o HTS (high-throughput DNA sequencing) estão-se a tornar cada vez
mais recorrentes.
Neste contexto, e com o intuito de investigar as comunidades fúngicas prevalentes em pomares de
cajueiro na Guiné-Bissau, este estudo focou-se na análise metabarcoding, usando a região do gene ITS2,
de 40 amostras de folhas de cajueiro, incluindo sintomáticas e não sintomáticas. Estas amostras foram
colhidas nas duas regiões representativas das condições ecoclimáticas distintas da Guiné-Bissau, Biombo
e Bafatá, que representam climas húmidos e secos, respetivamente. Para além disso, em Bafatá foram
colhidas amostras de três cajuais e em Biombo de dois cajuais. A sequenciação foi feita usando a
plataforma Illumina MiSeq. O processamento dos dados obtidos foi realizado usando o Vsearch e a criação
da tabela de OTUs foi realizada com o software Usearch. Para a análise descritiva dos dados, o Rstudio e
o pacote Phyloseq foram usados; seguidamente, o Microbiome Analyst foi também utilizado para obter os
dados de abundância por família e género. Para a realização das análises estatísticas, foram também usados
os pacotes LefSE e Random Forest do Microbiome Analyst.
A identificação taxonómica dos fungos patogénicosfoi realizada usando o Mycobank de forma manual,
visto que o website apenas suporta a identificação de uma sequência de cada vez. Foi encontrada uma
comunidade diversificada de fungos patogénicos com alta abundância. A família Mycosphaerellaceae,
com os géneros Zasmidium e Pseudocercospora, foi identificada em maior abundância em amostras
sintomáticas da região de Biombo, causando doenças como manchas foliares e mofo negro, não específicas
do cajueiro. O género Passalora, também da família Mycosphaerellaceae, é conhecido por causar oídio
em várias plantas. A família Botryosphaeriaceae, mais especificamente o género Lasiodiplodia causa dieback e resinose, cancro do caule e podridão dos frutos, tendo sido encontrado em maior abundância em
amostras sintomáticas na região de Bafatá, sendo conhecido por causar doenças no cajueiro. A família
Teratosphaeriaceae, conhecida por causar cancro do caule em eucaliptos, com o género Teratosphaeria,
foi encontrada em maior abundância na região de Bafatá. A família Phyllostictaceae, representada pelo
género Phyllosticta, é conhecida por causar manchas foliares em citrinos. Finalmente, o género
Aspergillus, da família Aspergillaceae, foi identificado com maior abundância em amostras não
sintomáticas, sendo um patógeno oportunista que pode infetar plantas e animais com sistemas
imunológicos comprometidos.
Foram também identificadas várias famílias e géneros de fungos não patogénicos. A família
Brachybasidiaceae, com o género Meira, é saprofítica, vive de matéria orgânica morta, sem causar doenças
em plantas. Este género foi encontrado em maior abundância nas amostras não sintomáticas e na região
de Biombo. A família Neodevriesiaceae, com o género Neodevriesia, é composta por fungos sapróbios ou
endofíticos, que vivem em simbiose com plantas sem causar doenças, desempenhando um papel na
decomposição de material orgânico. O género Neodevriesia foi mais abundante em amostras não
sintomáticas. A família Conioscyphaceae, com o género Conioscypha, é primariamente saprófita
decompondo material vegetal morto. A família Herpotrichiellaceae inclui sapróbios e patógenos
oportunistas, encontrados em solo e matéria orgânica em decomposição, com algumas espécies causando
infeções em humanos imunocomprometidos. A família Chaetothyriaceae é conhecida por fungos epifíticos
ou saprobianos, frequentemente encontrados na superfície das folhas formando mofos negros, e foi
encontrada em maior abundância em amostras sintomáticas.
A utilização da técnica de metabarcoding permitiu uma compreensão mais abrangente da
biodiversidade fúngica associada ao cajueiro na Guiné-Bissau, revelando uma variedade de taxa
anteriormente não detetados por métodos convencionais. Este estudo destaca a importância de identificar
e entender novos fungos que podem afetar a saúde dos cajueiros, contribuindo para o desenvolvimento de
estratégias eficazes de gestão de doenças e contribuindo para a sustentabilidade da produção de caju. Este
estudo enfrentou várias limitações, incluindo a falta de métodos confiáveis de classificação taxonómica e
a necessidade de identificação manual de sequências no Mycobank. Além disso, o estudo foi limitado a
duas regiões da Guiné-Bissau, o que pode não representar toda a diversidade fúngica presente no país.
Futuras investigações devem incluir uma amostragem mais ampla de regiões e desenvolver métodos mais
robustos de identificação taxonómica para validar nossos resultados. Este estudo contribui para a
compreensão das dinâmicas das doenças que afetam os cajueiros, melhorando a capacidade de gerir esta
cultura.
Em suma, esta descoberta tem implicações benéficas para práticas agrícolas sustentáveis e para a
prosperidade económica da Guiné-Bissau. Com esta tese foi possível encontrar diversas famílias e géneros
de fungos que se encontram em abundâncias diferentes nas regiões, tal como nas amostras sintomáticas e
não sintomáticas. Além disso, este estudo forneceu uma base para a implementação de estratégias de
gestão mais eficazes, promovendo a compreensão da fitossanidade das plantações de cajueiro e garantindo
a continuidade da produção sustentável de caju, vital para a economia da Guiné-Bissau. A aplicação de
métodos bioinformáticos e técnicas de nova geração permitiu não só identificar ameaças fúngicas, mas
também compreender suas correlações com diferentes zonas geográficas, facilitando a criação de medidas
preventivas e corretivas adaptadas às necessidades específicas de cada região.
A diversificação das culturas pode não só melhorar a segurança alimentar, mas também aumentar a
biodiversidade e a saúde dos ecossistemas agrícolas. Promover a investigação científica contínua e a
inovação tecnológica no sector agrícola é fundamental para enfrentar os desafios futuros e assegurar a
sustentabilidade a longo prazo. As políticas governamentais devem apoiar estas iniciativas, oferecendo
incentivos e recursos para os agricultores adotarem práticas mais sustentáveis e resilientes. Por fim, a cooperação internacional e as parcerias com instituições de investigação e organizações não
governamentais podem desempenhar um papel crucial na transferência de conhecimentos e tecnologias,
bem como no financiamento de projetos de desenvolvimento agrícola. A implementação destas estratégias
integradas pode contribuir significativamente para o desenvolvimento económico e social da Guiné Bissau, assegurando uma produção agrícola sustentável e próspera para as futuras gerações.
In Guinea-Bissau, the shift from traditional crops to cash crops like cashew is significant for the agricultural landscape. Effective management of cashew, a crucial crop, is essential, but current practices lack proper oversight, leading to suboptimal yields and increased pest and disease risks. Cashew’s importance is reflected in its role in engaging 85% of the population in various activities. Diseases, especially caused by fungal infections like anthracnose, gummosis, black mold, powdery mildew, and angular leaf spot, are primary causes of yield loss. These diseases are major contributors to yield losses every year across the globe, yet their dynamics, particularly related to geographic regions and symptomatology, remain poorly understood in Guinea-Bissau, where research on this issue is lacking. This study employed metabarcoding, focusing on the ITS2 fungal barcoding gene region, to analyze fungal diversity in 40 cashew leaf samples, both symptomatic and non-symptomatic, from Bafatá and Biombo, representing dry and wet climates respectively. Sequencing was done using the Illumina MiSeq platform, with data processed using Vsearch and Usearch software, and statistical analyses performed in RStudio and Python. Taxonomic identification was achieved using Mycobank. Key findings include the identification of Mycosphaerellaceae in symptomatic samples from Biombo, Cladosporiaceae in nonsymptomatic samples causing black mold, Botryosphaeriaceae causing gummosis, and non-pathogenic fungi like Neodevriesiaceae. This study enhances understanding of cashew disease dynamics, highlighting the relationship between fungal infections, environmental factors, and geographical locations. These insights are vital for developing sustainable agricultural practices and improving the economic prosperity of Guinea-Bissau. By leveraging advanced techniques and technology, this research sheds light on the intricate relationships between fungal infections, environmental factors, and geographic locations, ultimately contributing to better disease management and the sustainability of cashew production in Guinea-Bissau.
In Guinea-Bissau, the shift from traditional crops to cash crops like cashew is significant for the agricultural landscape. Effective management of cashew, a crucial crop, is essential, but current practices lack proper oversight, leading to suboptimal yields and increased pest and disease risks. Cashew’s importance is reflected in its role in engaging 85% of the population in various activities. Diseases, especially caused by fungal infections like anthracnose, gummosis, black mold, powdery mildew, and angular leaf spot, are primary causes of yield loss. These diseases are major contributors to yield losses every year across the globe, yet their dynamics, particularly related to geographic regions and symptomatology, remain poorly understood in Guinea-Bissau, where research on this issue is lacking. This study employed metabarcoding, focusing on the ITS2 fungal barcoding gene region, to analyze fungal diversity in 40 cashew leaf samples, both symptomatic and non-symptomatic, from Bafatá and Biombo, representing dry and wet climates respectively. Sequencing was done using the Illumina MiSeq platform, with data processed using Vsearch and Usearch software, and statistical analyses performed in RStudio and Python. Taxonomic identification was achieved using Mycobank. Key findings include the identification of Mycosphaerellaceae in symptomatic samples from Biombo, Cladosporiaceae in nonsymptomatic samples causing black mold, Botryosphaeriaceae causing gummosis, and non-pathogenic fungi like Neodevriesiaceae. This study enhances understanding of cashew disease dynamics, highlighting the relationship between fungal infections, environmental factors, and geographical locations. These insights are vital for developing sustainable agricultural practices and improving the economic prosperity of Guinea-Bissau. By leveraging advanced techniques and technology, this research sheds light on the intricate relationships between fungal infections, environmental factors, and geographic locations, ultimately contributing to better disease management and the sustainability of cashew production in Guinea-Bissau.
Descrição
Tese de Mestrado, Bioinformática e Biologia Computacional, 2025, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências
Palavras-chave
ITS Código de barras Comunidade fúngicas África ocidental Agentes patogénicos Teses de mestrado - 2025