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Tipo: Dissertação
Título: Análise genômica comparativa da família de genes Glicolato oxidase (gox) em plantas e perfil de expressão de vugox1 durante estresse biótico em Vigna unguiculata [L.] Walp.
Título em inglês: Genome-wide comparative analysis of Glycolate oxidase (GOX) gene family in plants and expression profile of VuGOX1 during biotic stress in Vigna unguiculata
Autor(es): Roque, Erica Monik Silva
Orientador: Alves, Murilo Siqueira
Palavras-chave: Análise genômica comparativa;Filogenética molecular;Análise de sintenia;Metabolismo do glicolato;Estresse biótico
Data do documento: 2022
Citação: ROQUE, Erica Monik Silva. Análise genômica comparativa da família de genes Glicolato oxidase (gox) em plantas e perfil de expressão de vugox1 durante estresse biótico em Vigna unguiculata [L.] Walp. 2022. 60 f. Dissertação (Mestrado em Bioquímica) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2022.
Resumo: A Glicolato Oxidase (GOX) é uma enzima chave da fotorrespiração, uma via metabólica complexa de plantas que afeta a eficiência da fotossíntese e apresenta como um de seus produtos mais proeminentes o peróxido de hidrogênio (H2O2). As vias fotossintéticas e a produção de H2O2 podem diferir drasticamente entre plantas C3 e C4, onde várias distinções dependem da maquinaria de fotorrespiração. Tais contrastes impactam em processos fisiológicos cruciais nas plantas, tais como desenvolvimento e respostas a estresses. No entanto, poucos estudos trazem luz aos aspectos evolutivos e estruturais dos componentes da fotorrespiração, bem como faltam análises comparativas de famílias de genes relacionados com a fotorrespiração em plantas C3 e C4. No presente estudo, apresentamos a primeira análise genômica comparativa da família de genes GOX em plantas, comparando características evolutivas e estruturais relevantes de distintos ortólogos de GOX em famílias vegetais. As relações evolutivas, estrutura genética, motivos conservados, predição de cis-elementos de promotores, localização cromossômica e colinearidade interespecífica foram analisadas para obter uma melhor compreensão da família de genes GOX em plantas. O perfil de expressão de um ortologo de GOX obtido após estímulos de estresse biótico foi investigado em plantas de Vigna unguiculata apresentando diferentes perfis genéticos, tendo em vista estudos recentes mostrando a expressão diferencial de proteínas GOX durante o estresse biótico em cultivares resistentes desta espécie. Foram observadas divergências evolutivas e estruturais dependentes da família vegetal entre os distintos genes GOX, com a maior conservação de genes sendo verificada entre os membros da família Fabaceae. VuGOX1 é modulado precocemente durante interações incompatíveis com CPSMV em Vigna unguiculata, mostrando sua relevância em respostas rápidas de defesa de plantas. A elevada divergência verificada entre os ortólogos de GOX de Fabaceae e Poaceae pode ter impacto na divergência funcional entre estas famílias de genes. Este estudo comparativo fornece um quadro abrangente dos aspectos evolutivos e estruturais da família de genes GOX em plantas, bem como enfatiza o envolvimento de ortólogos de GOX nas respostas a estresses em plantas.
Abstract: Glycolate Oxidase (GOX) is a key enzyme in photorespiration, a complex metabolic pathway in plants that affects photosynthesis efficiency and presents as one of its most prominent products hydrogen peroxide (H2O2). Photosynthetic pathways and H2O2 production can drastically differ between C3 and C4 plants, where several distinctions rely on the photorespiration machinery. Such contrasts impact in crucial physiological processes in plants, such as development and stress responses. However, few studies bring light to evolutionary and structural aspects of the photorespiration components, as well as comparative analyses of gene families related to photorespiration in C3 and C4 plants are lacking. In the present study, we present the first genome-wide comparative analysis of GOX gene family in plants, comparing relevant evolutionary and structural aspects of distinct GOX orthologs in plant families. The evolutionary relationships, gene structure, conserved motifs, promoter cis-elements prediction, chromosome location and interspecific collinearity were analyzed in order to gain better understanding of GOX gene family in plants. The expression profile of a GOX ortholog following biotic stress stimuli was investigated in Vigna unguiculata plants exhibiting different genetic backgrounds, in view of recent studies showing differential expression of GOX proteins during biotic stress in resistant cultivars of this species. Family-dependent evolutionary and structural divergence were observed among distinct GOX genes, with higher gene conservation verified among members of Fabaceae family. VuGOX1 is early modulated during incompatible interactions with CPSMV in Vigna unguiculata, showing relevance in rapid plant defense responses. High divergence verified among Fabaceae and Poaceae GOX orthologs might impact in functional divergence between these gene families. This comparative study provides a comprehensive picture of evolutionary and structural aspects of the GOX gene family in plants, as well as emphasizes the involvement of GOX orthologs in plant stress responses.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/71703
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