Montagem e anotação do transcriptoma tegumentar da Baleia Jubarte, Megaptera novaeangliae (Borowski, 1781)

Abstract

Os poluentes orgânicos persistentes (POPs) são xenobióticos frequentemente produzidos pelos seres humanos, que geralmente apresentam grande toxicidade, quando biodisponíveis. Esses contaminantes se acumulam principalmente nos ambientes aquáticos, que atuam como sumidouros devido à sua utilização para obtenção de alimento, matéria-prima, despejo de esgoto e recreação. Nesse contexto, torna-se necessário o monitoramento da qualidade da água, o qual pode ser realizado por meio de uma combinação de técnicas, como o uso de biomarcadores de contaminação aquática. Dentre os principais biomarcadores bioquímicos, destacam-se as enzimas de biotransformação, que tornam os contaminantes mais facilmente excretáveis pelos organismos e as enzimas antioxidantes, que protegem o organismo contra espécies reativas de oxigênio. Adicionalmente, os biomarcadores moleculares atuam sinergicamente com os bioquímicos, permitindo detectar o mRNA de genes envolvidos no metabolismo de xenobióticos, mesmo em níveis muito baixos. Alguns POPs podem agir como desreguladores endócrinos, imitando hormônios esteroides sexuais ao se ligarem a receptores nucleares, perturbando a homeostase. Ademais, o sistema imunológico atua como uma barreira essencial na defesa contra esses contaminantes, contribuindo para a resposta imunológica e proteção dos organismos. A ecotoxigenômica, através da montagem de transcriptomas, possibilita a caracterização de padrões de expressão gênica, que podem ser usados para identificar contaminação aquática, servindo como uma ferramenta valiosa no contexto do monitoramento ambiental. Nesse cenário, a baleia-jubarte (Megaptera novaeangliae) é uma ótima candidata para tais estudos, por ser um animal longevo, filtrador e com grande quantidade de gordura corporal, características que favorecem o acúmulo de toxinas. Portanto, o presente estudo buscou realizar a montagem e anotação do transcriptoma tegumentar de Megaptera novaeangliae, visando analisar a transcrição de genes envolvidos no metabolismo de xenobióticos. Para isso, foram obtidas biópsias de pele de baleias-jubarte por meio do Projeto de Monitoramento de Cetáceos (PMC). O RNA das amostras foi extraído, purificado e utilizado para a construção de uma biblioteca de cDNA, que foi sequenciada na plataforma Illumina NextSeq2000 com leituras pareadas (paired-end). A montagem de novo foi realizada com o software Trinity, enquanto a anotação funcional foi feita com o Trinotate, integrando análises como BLAST+, HMMER e Infernal, além de bancos de dados como SwissProt, Pfam, Rfam, KEGG e Gene Ontology. O sequenciamento gerou 93.356.722 leituras pareadas, resultando em 124.580 contigs de transcritos. Dentre as sequências anotadas, foram identificados genes associados à biotransformação de xenobióticos, como enzimas da superfamília do Citocromo P450, Glutationa-S-Transferases e transportadores ABC; enzimas antioxidantes, como Glutationa Peroxidases e Superóxido Dismutases; receptores nucleares, como Receptor de Arilhidrocarboneto e receptor de estrogênio; e genes associados ao sistema imunológico, como interleucinas e receptores toll-like. Esta pesquisa ressalta a importância da biotecnologia ambiental e da ecotoxicogenômica no monitoramento dos impactos das atividades antropogênicas nos ecossistemas marinhos, destacando o potencial dos dados gerados para a descoberta de novos biomarcadores de contaminação aquática. Além disso, ela cria um recurso valioso para a pesquisa em diversas outras áreas, como evolução molecular, genética, e imunologia, ampliando o alcance e a relevância dos resultados encontrados, principalmente pelo fato da baleia jubarte se tratar de um animal não modelo.

Persistent organic pollutants (POPs) are xenobiotics commonly produced by humans, which generally exhibit high toxicity when biodisponible. These contaminants primarily accumulate in aquatic environments, which act as sinks due to their use for food, raw material extraction, sewage disposal, and recreation. In this context, water quality monitoring becomes essential and can be carried out through a combination of techniques, such as the use of aquatic contamination biomarkers. Among the main biochemical biomarkers are biotransformation enzymes, which make contaminants more easily excreted by organisms, and antioxidant enzymes, which protect the organism against reactive oxygen species. Additionally, molecular biomarkers work synergistically with biochemical ones, enabling the detection of mRNA from genes involved in xenobiotic metabolism, even at very low levels. Some POPs can act as endocrine disruptors, mimicking sexual steroid hormones by binding to nuclear receptors, thus disturbing homeostasis. Moreover, the immune system serves as a critical barrier in defending against these contaminants, contributing to the immune response and protection of organisms. Ecotoxicogenomics, through the assembly of transcriptomes, enables the characterization of gene expression patterns, which can be used to identify aquatic contamination, serving as a valuable tool in environmental monitoring. In this context, the humpback whale (Megaptera novaeangliae) is an excellent candidate for such studies, as it is a long-lived, filter-feeding animal with a large amount of body fat, characteristics that favor toxin accumulation. Therefore, this study aimed to assemble and annotate the skin transcriptome of Megaptera novaeangliae, focusing on analyzing the transcription of genes involved in xenobiotic metabolism. For this purpose, skin biopsies of humpback whales were obtained through the Cetacean Monitoring Project (PMC). RNA from the samples was extracted, purified, and used for cDNA library construction, which was sequenced on the Illumina NextSeq2000 platform with paired-end reads. De novo assembly was performed using the Trinity software, and functional annotation was done with Trinotate, integrating analyses such as BLAST+, HMMER, and Infernal, along with databases like SwissProt, Pfam, Rfam, KEGG, and Gene Ontology. The sequencing generated 93,356,722 paired reads, resulting in 124,580 transcript contigs. Among the annotated sequences, genes associated with xenobiotic biotransformation, such as Cytochrome P450 superfamily enzymes, Glutathione-S-Transferases, and ABC transporters; antioxidant enzymes, such as Glutathione Peroxidases and Superoxide Dismutases; nuclear receptors, such as Aryl Hydrocarbon Receptor and estrogen receptor; and immune system-related genes, such as interleukins and toll-like receptors, were identified. This research highlights the importance of environmental biotechnology and ecotoxicogenomics in monitoring the impacts of anthropogenic activities on marine ecosystems, emphasizing the potential of the generated data for discovering new biomarkers of aquatic contamination. Moreover, it creates a valuable resource for research in various other fields, such as molecular evolution, genetics, and immunology, expanding the scope and relevance of the findings, especially considering that the humpback whale is a non-model animal.