Uncovering the diverse genetic mechanisms underlying azole resistance in Candida glabrata through comparative genomics and phenomics of clinical and environmental strains

February 23, 2026

Candida glabrata é um agente patogénico oportunista com elevada capacidade para sobreviver ao tratamento com azóis e adquirir resistência de forma rápida. No entanto, grande parte do conhecimento mecanístico provém de estirpes laboratoriais, permanecendo pouco claro como ocorrem estes processos em contextos clínicos. Esta tese aborda essa lacuna integrando abordagens genómicas, transcriptómicas, evolutivas e de genómica funcional em isolados clínicos e ambientais. O isolado clínico ISTB218 revelou resistência ao fluconazol apesar de codificar um alelo selvagem de CgPDR1. Análises ómicas e genética dirigida demonstraram que a sobreexpressão de CgAUS1, CgPDH1 e CgCYB5 sustentam este fenótipo. CgCYB5 é demonstrado, pela primeira vez em C. glabrata, como contribuindo para a biossíntese de ergosterol, provavelmente fornecendo eletrões às reações dependentes de Erg11 e Ncp1. Notavelmente, CgAUS1 e CgCYB5 também modulam propriedades biofísicas da membrana plasmática, sobretudo sob stress de fluconazol. Para avaliar como o background genético molda a adaptação aos azóis, combinámos genómica comparativa, evolução laboratorial adaptativa e mutagénese por transposão Hermes no isolado ambiental UTAD68. Isto revelou um núcleo conservado de determinantes de resistência—CgPDR1, CgCDR1, CgUPC2A, CgDAP1—partilhado com estirpes clínicas, juntamente com genes específicos da estirpe que influenciam a tolerância ao fluconazol ou ao azol agrícola penconazol. Importa salientar que a sobreposição entre mecanismos que conferem resistência a azóis clínicos e agrícolas sugere que fungicidas ambientais podem selecionar características com impacto direto na terapêutica humana, potencialmente promovendo transmissão ambiente-hospital—um fenómeno bem estabelecido em Aspergillus, mas largamente inexplorado em leveduras patogénicas. No conjunto, este trabalho demonstra que a resistência aos azóis em C. glabrata é multifatorial, dependente do background genético e facilmente selecionada em contextos clínicos e ambientais. Compreender esta diversidade é essencial para definir um pan-resistoma à escala da espécie e orientar futuras estratégias antifúngicas. Candida glabrata is an opportunistic pathogen with a strong capacity to survive azole treatment and rapidly acquire resistance. However, most mechanistic insights come from laboratory strains, leaving uncertainty about how these processes operate in clinical backgrounds. This thesis addresses this gap by integrating genomic, transcriptomic, evolutionary, and functional-genomic approaches across clinical and environmental isolates. The clinical isolate ISTB218 was resistant to fluconazole despite encoding a wild-type CgPDR1. Omics analyses and targeted genetics showed that overexpression of CgAUS1, CgPDH1, and CgCYB5 underlies its resistance. CgCYB5 is demonstrated, for the first time in C. glabrata, to contribute to ergosterol biosynthesis, likely by supplying electrons to Erg11- and Ncp1-dependent reactions. Notably, CgAUS1 and CgCYB5 also modulated plasma-membrane biophysical properties, particularly under fluconazole stress. To examine how genetic background shapes azole adaptation, we combined comparative genomics, adaptive laboratory evolution, and Hermes transposon mutagenesis in the environmental isolate UTAD68. This revealed a conserved core of resistance determinants— CgPDR1, CgCDR1, CgUPC2A, CgDAP1—shared with clinical strains, alongside strain-specific genes influencing tolerance to fluconazole or to the agricultural azole penconazole. Importantly, the overlap between mechanisms conferring resistance to clinical and agricultural azoles suggests that environmental fungicides may select traits directly relevant to human therapy, potentially enabling environment-to-bedside transmission—a phenomenon well established in Aspergillus but largely unexplored in pathogenic yeasts. Overall, this work demonstrates that azole resistance in C. glabrata is multifactorial, background-dependent, and readily selected in both clinical and environmental contexts. Defining this diversity is essential for establishing a species-wide pan-resistome and guiding future antifungal strategies.

Authors in the community:

• 

  M

  Maria Joana Faustino Pinheiro

  ist179669

Supervisors of this institution:

• 

  N

  Nuno Gonçalo Pereira Mira

  ist148703

• 

  F

  Fábio Monteiro Fernandes

  ist45779

101670052

Doutoramento em Biotecnologia e Biociências

biological-sciences - Biological sciences

Keywords

• Candida glabrata
• azole resistance
• CgPdr1-dependent and independent-resistance mechanisms
• response to environmental stress
• functional genomics
• resistência aos azóis
• mecanismos de resistência dependentes e independentes de CgPdr1
• resposta ao stress ambiental
• genómica funcional

eng - English

Instituto Superior Técnico

Financing entity

Fundação para a Ciência e a Tecnologia

Title of the project, award or grant: Unveiling CgPdr1-dependent and -independent echanisms of resistance to azoles in the pathogenic yeast Candida glabrata

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Funding Stream: PhD scholarship

Identifier for the funding entity: https://doi.org/10.13039/501100001871

Type of identifier of the funding entity: Crossref Funder

Number for the project, award or grant: UI/BD/151180/2021