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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/32482
Tipo: | Dissertação |
Título: | Caracterização, análise filogenética e perfil de expressão dos genes do ciclo ascorbato-glutationa de soja (Glycine max) |
Título em inglês: | Characterization, phylogenetic analysis and expression profile of ascorbate-glutathione cycle genes in soybean (Glycine max) |
Autor(es): | Roque, André Luiz Maia |
Orientador: | Costa, José Hélio |
Palavras-chave: | Ciclo ascorbato-glutationa;Análise filogenética;Expressão gênica;In silico;Glycine max |
Data do documento: | 2018 |
Citação: | ROQUE, A.L.M (2018) |
Resumo: | Em condições normais, o peróxido de hidrogênio (H2O2) desempenha um papel fundamental como mensageiro secundário em resposta à diferentes processos celulares. No entanto, os estresses ambientais geralmente levam a superprodução de H2O2 causando danos oxidativos na célula vegetal. Consequentemente, tais efeitos deletérios comumente resultam em baixa produtividade ou até mesmo na morte da planta. Na tentativa de mitigar os efeitos deletérios do H2O2, as plantas possuem um sistema de defesa enzimático, representado pela ascorbato peroxidase (APX; E.C. 1.11.1.11), monodehidroascorbato redutase (MDHAR; E.C. 1.6.5.4), dehidroascorbato redutase (DHAR; E.C. 1.8.5.1) e glutationa redutase (GR; E.C. 1.6.4.2), coletivamente conhecido por ciclo ascorbato-glutationa. O objetivo do presente trabalho foi caracterizar, analisar a filogenia e o perfil de expressão das famílias multigênicas que codificam APX, MDHAR, DHAR e GR em plantas de soja (Glycine max) submetidas às condições de estresse e durante o desenvolvimento. Inicialmente, realizou-se a anotação dos genes que codificam para o ciclo ascorbato-glutationa através de buscas no genoma de soja, de outras nove espécies leguminosas, Arabidopsis thaliana (referência) e da alga Volvox carteri (grupo externo) depositados no GenBank. Em seguida, as sequências de proteínas deduzidas foram utilizadas para análise filogenética através do programa MEGA 7. Enquanto, análises de expressão in silico dos genes que codificam para o ciclo ascorbato-glutationa da soja foi conduzida usando dados de transcriptomas depositados no GenBank. Os resultados mostraram que o ciclo ascorbato-glutationa é codificado por 24 genes em ambas G. max e G. soja, enquanto um máximo de 15 genes foram encontrados nas demais espécies leguminosas. A análise filogenética revelou que as proteínas APX, MDHAR, DHAR e GR são formados por cinco, três, dois e dois clados, respectivamente. Em seguida, as proteínas de cada clado foram nomeadas de acordo com a classificação previamente estabelecida para A. thaliana. Para G. max, as proteínas foram nomeadas de Gm-APX-1a, 1b, 2, 3a, 3b, 4a, 4b, 5a1, 5a2, 5b1 e 5b2; Gm-MDHAR-1, 2a, 2b, 3a e 3b; Gm-DHAR-1a, 1b, 2a e 2b; Gm-GR-1a, 1b, 2a e 2b. A análise in silico de expressão dos genes em G. max submetida à estresse e sob condições de desenvolvimento revelou que todos os genes são funcionais (exceto Gm-APX-5a2), contudo, apresentam perfis de expressão característicos do tecido, estresse e estádio de desenvolvimento. O número de transcritos de Gm-APX-3a, Gm-GR-1a, Gm-MDHAR-2b e Gm-MDHAR-3b, que codificam proteínas cloroplastidiais, citosólicas, peroxissomais e citosólicas, respectivamente, aumentou em condições de elevada salinidade, seca, alta concentração de etileno e ataque do fungo Fusarium oxysporum. Além disso, as regiões promotoras dos genes Gm-APX-3a e Gm-MDHAR-3b apresentaram elementos cis MYB responsivos ao déficit hídrico enquanto que a região promotora do gene Gm-MDHAR-2b possui uma grande quantidade de elementos cis GT1 responsivos à salinidade. Os resultados sugerem que esses genes possuem um importante papel na proteção antioxidante em soja submetida à estresses. Enquanto que os diferentes perfis de expressão para desenvolvimento de cotilédones e sementes sugerem um importante envolvimento dos genes que codificam proteínas citosólicas (Gm-APX-4a, Gm-APX-4b, Gm-MDHAR-3a, Gm-MDHAR-3b, Gm-GR-1a e Gm-GR-1b) e peroxissomais (Gm-APX-5b1, Gm-MDHAR-2a e Gm-MDHAR-2b), respectivamente, as zonas de desenvolvimento da raiz apresentaram genes que codificam proteínas citosólicas (Gm-APX-4b, Gm-MDHAR-3a, Gm-MDHAR-3b, Gm-DHAR-1a, Gm-GR-1a e Gm-GR-1b), cloroplastidiais (Gm-APX-2) e peroxissomais (Gm-APX-5a1, Gm-APX-5b2) expressos positivamente. Os achados no presente trabalho revelam a diversidade de genes e perfis transcricionais das famílias APX, MDHAR, DHAR e GR em soja, sugerindo uma complementação da defesa antioxidante em diferentes compartimentos celulares durante o desenvolvimento e estresse. |
Abstract: | Under normal conditions, hydrogen peroxide (H2O2) plays a key role as a secondary messenger in response to different cellular processes. However, environmental stresses often lead to H2O2 overproduction causing oxidative damage in plants. Consequently, such deleterious effects often result in low yield or even plant death. In order to mitigate the harmful effects of H2O2, plants have a set of enzymes belonging to the ascorbate-glutathione cycle named ascorbate peroxidase (APX; EC 1.11.1.11), monodehydroascorbate reductase (MDHAR; EC 1.6.5.4), dehydroascorbate reductase (DHAR; EC 1.8.5.1), and glutathione reductase (GR; EC 1.6.4.2). The aim of this study was to characterize, analyze the phylogeny and expression profile of multigene families encoding APX, MDHAR, DHAR, and GR in soybean (Glycine max) during stress conditions and development. Initially, the genes coding for the ascorbate-glutathione cycle were searched through of soybean genome, nine other leguminous species, Arabidopsis thaliana (reference) and the Volvox carteri algae (outgroup) deposited in GenBank. Next, the deduced protein sequences were used for phylogenetic analysis through the MEGA 7 program. In silico expression analyses of the genes encoding the ascorbate-glutathione cycle of soybeans were conducted using transcriptome data deposited in GenBank. The results showed that the ascorbate-glutathione cycle is encoded by 24 genes in both G. max and G. soja, while a maximum of 15 genes were found in the other leguminous species. Phylogenetic analysis revealed that the APX, MDHAR, DHAR, and GR proteins are formed by five, three, two and two clades, respectively. Then, proteins of each clade were classified according to those previously established for Arabidopsis thaliana. For G. max, proteins were named Gm-APX-1a, 1b, 2, 3a, 3b, 4a, 4b, 5a1, 5a2, 5b1, and 5b2; Gm-MDHAR-1, 2a, 2b, 3a, and 3b; Gm-DHAR-1a, 1b, 2a, and 2b; Gm-GR-1a, 1b, 2a, and 2b. In silico expression analyses of G. max genes submitted to stress and development conditions revealed that all genes are functional (except for Gm-APX-5a2), however, they exhibit characteristic expression profiles of tissue, stress and stage of development. The number of Gm-APX-3a, Gm-GR-1a, Gm-MDHAR-2b and Gm-MDHAR-3b transcripts, encoding chloroplast, cytosol, peroxisomes and cytosol proteins, respectively, increased under conditions of high salinity, dry, high ethylene concentration, and attack of the Fusarium oxysporum fungus. In addition, promoter regions of Gm-APX-3a and Gm-MDHAR-3b genes presented cis MYB elements responsive to water deficit while promoter region of the Gm-MDHAR-2b gene has a large amount of GT1 elements responsive to salinity. The results suggest these genes play an important role in antioxidant protection in soybeans submitted to stress. While different expression profiles for cotyledon and seed development suggest an important involvement Gm-APX-4a, Gm-APX-4b, Gm-MDHAR-3a, Gm-MDHAR-3b, Gm-GR-1a and, Gm-GR-1b and Gm-APX-5b1, Gm-MDHAR-2a, and Gm-MDHAR-2b genes (encoding cytosolic and peroxissomal proteins, respectively), root developmental zones showed genes that encoded cytosolic (Gm-APX-4b, Gm-MDHAR-3a, Gm-MDHAR-3b, Gm-DHAR-1a, Gm-GR-1a, and Gm-GR-1b), chloroplastidial (Gm-APX-2), and peroxisomal proteins (Gm-APX- 5a1 and Gm-APX-5b2) positively expressed. The present study reveal the diversity of genes and transcriptional profiles of APX, MDHAR, DHAR and GR families in soybean and suggest the complementation of antioxidant defense in different cellular compartments during development and stress. |
Descrição: | ROQUE, André Luiz Maia. Caracterização, análise filogenética e perfil de expressão dos genes do ciclo ascorbato-glutationa de soja (Glycine max). 2018. 118f. Dissertação (Mestrado em Bioquímica)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018. |
URI: | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/32482 |
Aparece nas coleções: | DBBM - Dissertações defendidas na UFC |
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