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Type: TCC
Title: Genes codificando quitinases de Arabidopsis thaliana e espécies relacionadas: um estudo in silico da variabilidade das estruturas primárias das enzimas, suas relações filogenéticas e diversidade de organização de domínios
Title in English: Genes encoding Arabidopsis thaliana and related species chitinases: an in silico study of enzyme primary structure variability, phylogenetic relationships, and domain organization diversity
Authors: Lima, João Abner Souza
Advisor: Grangeiro, Thalles Barbosa
Keywords in Brazilian Portuguese : Filogenia;Domínios proteicos;PR proteins
Keywords in English : Phylogeny;Conserved domains;PR proteins
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS
Issue Date: 2026
Citation: LIMA, João Abner Souza. Genes codificando quitinases de Arabidopsis thaliana e espécies relacionadas: um estudo in silico da variabilidade das estruturas primárias das enzimas, suas relações filogenéticas e diversidade de organização de domínios. 2026. 73 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Biotecnologia) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2026.
Abstract in Brazilian Portuguese: Quitinases (EC 3.2.1.14) são hidrolases glicosídicas que atuam sobre a quitina, um polissacarídeo estrutural presente em fungos e artrópodes. Essas enzimas são divididas em duas principais famílias em vegetais: GH18 (que inclui as classes III e V) e GH19 (que inclui as classes I, II, IV, VI e VII). Cada classe possui diferenças específicas em sua estrutura primária e arquitetura de domínios. Estudar a distribuição de quitinases em Arabidopsis thaliana e em genomas relacionados é uma forma representativa de avaliar a diversidade de organização de domínios de quitinases vegetais e inferir raciocínios filogenéticos que auxiliam na compreensão do grupo de genes que codifica essas enzimas, além de ser de interesse científico compreender a função e a dinâmica de suas proteínas codificadas no metabolismo vegetal. As sequências foram obtidas nos bancos de dados do GenBank, Phytozome, Ensembl plants e Plants Gramene. Em seguida, foram preditas, nas sequências proteicas, a presença de peptídeos sinal, a localização subcelular e os domínios conservados (CDDs). Os alinhamentos foram feitos via MAFFT, e árvores filogenéticas via IQ-TREE, com imagens geradas no MEGA. Os alinhamentos para as árvores foram submetidos a inferência de taxa de substituição sinônima e não sinônima pelo teste aBSREL e FEL, do DataMonkey. Com o pacote Genes_on_Chr foram inferidas as localizações cromossômicas dos genes estudados para Arabidopsis thaliana, Arabidopsis arenosa e para o alotetraploide originado dos cruzamento das duas espécies citadas, Arabidopsis suecica. Arabidopsis thaliana possui 24 genes que codificam quitinases, agrupadas nas classes I (uma quitinase), II (duas), III (uma), IV (oito), V (nove), VI (duas) e VII (uma), além das Chitinase-like-protein (CLP) CLP1, CPL2 e CPL3, com um exemplar de cada. Com exceção de Arabidopsis suecica, todas as outras espécies estudadas apresentaram número menor ou igual de quitinases codificadas no genoma, com a halófita relativa Eutrema salsugineum não apresentando quitinases de classe VII. As análises de taxa de substituição revelaram pressão purificadora em quitinases de classe I, II, III, VI e VII e pressão diversificadora para quitinases de classe IV e V. Revelando que para membros da classe IV e V existe uma maior influência de mutações acumuladas em suas sequências polipeptídicas, alinhando-se com o fato de proteínas dessas classes estarem localizadas em tandem nos cromossomos, sendo origem de eventos de duplicação, o que se relaciona com mecanismos de senescência, germinação e desenvolvimento vegetal, e não diretamente na defesa vegetal, diferentemente das classes I, II, III e VI. A ausência de quitinases de classe VII no genoma de Eutrema salsugineum pode indicar perda de função de enzimas dessa classe.
Abstract: Chitinases (EC 3.2.1.14) are glycosyl hydrolases that act on chitin, a structural polysaccharide present in fungi and arthropods. These enzymes are divided into two main families in plants: GH18 (which includes classes III and V) and GH19 (which includes classes I, II, IV, VI, and VII). Each class possesses specific differences in its primary structure and domain architecture. Studying the distribution of chitinases in Arabidopsis thaliana and related genomes is a representative way to evaluate the diversity of domain organization in plant chitinases and to infer phylogenetic reasoning that helps in the understanding of the gene group encoding these enzymes, in addition to the scientific interest in understanding the function and dynamics of their encoded proteins in plant metabolism. The sequences were obtained from the GenBank, Phytozome, Ensembl Plants, and Plants Gramene databases. Subsequently, the presence of signal peptides, subcellular localization, and conserved domains (CDDs) were predicted in the protein sequences. Alignments were performed via MAFFT, and phylogenetic trees via IQ-TREE, with images generated in MEGA. The alignments for the trees were submitted to synonymous and non-synonymous substitution rate inference using the aBSREL and FEL tests from DataMonkey. With the Genes_on_Chr package, the chromosomal localizations of the studied genes were inferred for Arabidopsis thaliana, Arabidopsis arenosa, and for the allotetraploid originated from the crossing of the two mentioned species, Arabidopsis suecica. Arabidopsis thaliana possesses 24 genes that encode chitinases, grouped into classes I (one chitinase), II (two), III (one), IV (eight), V (nine), VI (two), and VII (one), in addition to the Chitinase-like-proteins (CLP) CLP1, CLP2, and CLP3, with one unity each. With the exception of Arabidopsis suecica, all other studied species presented a lower or equal number of chitinases encoded in the genome, with the relative halophyte Eutrema salsugineum not presenting class VII chitinases. Substitution rate analyses revealed purifying pressure in class I, II, III, VI, and VII chitinases and diversifying pressure for class IV and V chitinases. This reveals that for members of classes IV and V, there is a greater influence of mutations accumulated in their polypeptide sequences, aligning with the fact that proteins of these classes are located in tandem on the chromosomes, being the origin of duplication events, which relates to mechanisms of senescence, germination, and plant development, and not directly to plant defense, unlike classes I, II, III, and VI. The absence of class VII chitinases in the genome of Eutrema salsugineum may indicate loss of function of enzymes of this class.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/85846
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/7737141227682771
Advisor's ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8276-3092
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/3114375474778667
Access Rights: Acesso Aberto
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