Análise evolutiva de genes de homeostase de ferro e de elementos repetitivos em espécies modelo
Resumo
O ferro é um elemento essencial para o crescimento e desenvolvimento das
plantas, envolvido em processos metabólicos essenciais, como fotossíntese e
respiração. Porém, são poucos os dados relacionando a interação entre
diferentes genótipos e ambientes. Análises comparativas entre plantas
inferiores e plantas cultivadas podem possibilitar o melhor entendimento
destes processos. O uso de briófitas como modelo para estudos de
processos biológicos em plantas surge como uma estratégia promissora
devido ao padrão relativamente simples de desenvolvimento destas plantas.
O presente trabalho objetivou identificar padrões de ocorrência de
marcadores moleculares em plantas modelo, bem como inferir acerca da
filogenia das famílias gênicas envolvidas na homoestase do ferro em plantas,
possibilitando a criação de estratégias de transferência de informação
genômica entre espécies modelo e espécies órfãs. Utilizando ferramentas de
bioinformática foram realizadas análises exploratórias para detectar as
ocorrências de elementos repetitivos em bancos de ESTs de onze espécies
de plantas. Para a validação destes marcadores moleculares foram
desenvolvidos 100 conjuntos de iniciadores a partir das sequências contendo
microssatélites obtidas para Physcomitrella patens Brid. e testadas contra o
DNA genômico de Polytrichum juniperinum Hedw. Foram realizadas análises
filogenéticas e de divergência das famílias gênicas Iron Regulated
Transporter (IRT), Ferric Redectase Oxidase (FRO), Nicotinamide synthase
(NAS), Yellow Stripe-Like (YSL) e Natural Resistance-Associated
Macrophage Protein (NRAMP), envolvidas na homoestase de ferro por meio
de inferência bayesiana, utilizando genes de arroz, Arabidopsis e
Physcomitrella patens Brid. na busca de homólogos em diferentes espécies
de plantas terrestres, com o auxílio da ferramenta Blast (NCBI). Também
foram desenvolvidos iniciadores para elementos transponíveis
reconhecidamente associados a genes Ysl de milho e utilizados
conjuntamente com os iniciadores EST-SSR por meio da técnica
IRAP/REMAP buscando encontrar marcadores microssatélites associados a
cópias desta familia gênica. Como resultados foram identificados 13.133
marcadores microssatélites em bancos de dados não redundantes de regiões
expressas (EST) de onze espécies de plantas. Os motivos dinucleotídeos
foram mais frequentes em espécies basais, enquanto os motivos
trinucleotídeos foram mais frequentes em espécies derivadas. Em 30% dos
conjuntos de iniciadores EST SSR testados contra o DNA de P. juniperinum,
foi obtido bandas polimórficas promissoras para estudos de mapeamento
comparativo e de diversidade genética. Foram encontrados 243 homólogos
de genes relacionados as famílias gênicas envolvidas com a homoestase de
ferro em trinta espécies de plantas. A análise de fingerprinting realizada
sugere que a maioria destes genes estão submetidos a seleção positiva,
indicando acúmulo de mutações adaptativas, essencial para a manutenção e
otimização da resposta gênica. A análise de tempo de divergência indica que
os genes IRT são mais basais e os genes FRO os mais recentes entre as
familias gênicas estudadas. As famílias NRAMP e YSL são evolutivamente
próximas. A análise bayesiana das sequências e de regiões promotoras dos
genes NRAMP não indica duplicações recentes em gramíneas, sendo as
duplicações provenientes de divergência ancestral a origem do grupo.
Parálogos foram identificados somente em dicotiledôneas. Por meio da
transferência de marcadores IRAP/REMAP é observado que genes YSL de
P. patens estão cercados por retroelementos do tipo cópia, a exemplo do que
ocorre com o gene ZmYSL1 em milho. Também foi estabelecido o cultivo, em
condições axênicas, de Polytrichum juniperinum Hedw. utilizando esporos
como explantes, onde foi observado que protonemas são obtidos utilizando
meio de cultura livre de fitorreguladores, regenerando gametófitos em cultivo
in vitro.