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Título: Polimorfismos do gene da plastoquinol oxidase (PTOX) em ecotipos de Arabidopsis thaliana (projeto 1001 genomas): correlações de expressão gênica e de variantes estruturais da proteína com a distribuição geográfica dos ecotipos
Título em inglês: Polymorphisms in plastoquinol oxidase gene (PTOX) from Arabidopsis thaliana ecotypes (1001 genomes project): a correlation of gene expression and protein structures variants with the ecotypes geographical distribution
Autor(es): Lima, Karine Thiers Leitão
Orientador(es): Costa, José Hélio
Palavras-chave: Bioquímica
Docking molecular
SNPs
Data do documento: 2017
Citação: LIMA, K. T. L. (2017)
Resumo: Arabidopsis thaliana foi a primeira planta a ter seu genoma inteiramente sequenciado e se encaixa como principal modelo para estudos de plantas. Além disso, habita vários ambientes tornando-se um alvo interessante para investigar variações genéticas, como os polimorfismos. Esse estudo de polimorfismos no DNA é importante para a pesquisa, pois ajuda a identificar e desenvolver marcadores moleculares específicos. Aqueles polimorfismos de um único nucleotídeo (SNPs) são os principais tipos de polimorfismos explorados e uma vez identificados são utilizados para compreender a adaptação e evolução da espécie, além de contribuir no melhoramento de determinado cultivar. A plastoquinol oxidase (PTOX) é uma oxidoredutase que atua na resposta ao estresse em plantas. Dessa forma, investigar os SNPs nesse gene em A. thaliana podem contribuir para descoberta de marcadores moleculares e indicá-lo como possível gene alvo para melhoramento em plantas. O objetivo deste estudo foi identificar os SNPs no gene PTOX de 1190 acessos de A. thaliana, prever as estruturas tridimensionais para os principais polimorfismos, analisar a expressão gênica em diversas condições e correlacioná-los com o ambiente. Coletamos os dados genômicos e anotamos o gene da PTOX manualmente, tomando como referência o ecotipo Columbia-0. Em seguida, todos os SNPs não-sinônimos foram identificados. As coordenadas dos acessos foram utilizadas para classificar o clima, a pluviosidade e a morfologia geográfica. A estrutura tridimensional foi predita pelo servidor PHYRE2, I-TASSER e Modeller 9.16; e as variantes estruturais polimórficas foram realizadas pela ferramenta mutagênese do PyMOL. As escolhidas foram submetidas ao “docking” molecular pelo servidor DockThor. A expressão gênica foi realizada pelo software TopHat. Nas análises de bioinformática 32 SNPs foram encontrados, dentre estes 16 foram não-sinônimos e destes 11 acarretaram a mudança para um aminoácido de classe diferente. Os aminoácidos das posições 13, 78, 81 e 323 foram aqueles que apresentaram maior taxa de mutação de todos: 40%, 31%, 31% e 49%, respectivamente, e apresentaram associação com a pluviosidade e a intensidade da luz. A estrutura modificada na posição 323 parece favorecer uma interação mais forte da enzima com o substrato, o plastoquinol, do que Columbia-0. Para os dados de expressão o gene da PTOX é expresso constitutivamente em condições normais e induzido em condições de estresse, especialmente aquelas que envolvem intensidade de luz. Concluímos que as mudanças (SNPs) na sequência do gene da PTOX sugerem estar relacionadas com a adaptação ambiental, ou seja, esta influencia a seleção de genótipos mutantes.
Abstract: Arabidopsis thaliana was the first plant to have its entirely genome sequenced and fits as the main model for plant studies. In addition, it inhabits several environments making it an interesting target to investigate genetic variations, such as polymorphisms. The study of DNA polymorphisms is important for research because it helps to identify and develop specific molecular markers. The single nucleotide polymorphisms (SNPs) are the main types of polymorphisms explored and once identified are used to understand the adaptation and evolution of species, in addition contribute to the improvement of a particular cultivar. Plastoquinol oxidase (PTOX) is an oxidoreductase that acts on the stress response in plants. Thus, investigating the SNPs in this gene in A. thaliana may contribute to the discovery of molecular markers and suggests it as a possible target gene for plant breeding. The aim of this study was to identify the SNPs in the PTOX gene of 1190 accessions of A. thaliana, to predict the three-dimensional structures for the main polymorphisms, to analyze the gene expression in several conditions and to correlate them with the environment. We collected the genomic data and annotated the PTOX gene manually. And using the Columbia-0 ecotype as a reference all non-synonymous SNPs were identified. The coordinates of the accessions were used to classify the climate, rainfall and geographical morphology. The three-dimensional structure was predicted by the servers PHYRE2, I-TASSER and Modeller 9.16; and the polymorphic structural variants were performed by the PyMOL mutagenesis tool. The structures were submitted to molecular docking by the DockThor server. Gene expression was performed by TopHat software. In the bioinformatics analyzes 32 SNPs were found, of which 16 were non-synonyms and of these 11 changed to a different class amino acid. The amino acids from positions 13, 78, 81 and 323 were those with the highest mutation rate of all: 40%, 31%, 31% and 49%, respectively, and were found associated with rainfall and light intensity. The modified structure at position 323 seems favors a stronger interaction of the enzyme with the substrate, plastoquinol, than Columbia-0. For expression data the PTOX gene is constitutively expressed under normal conditions and induced under stress conditions, especially those involving light intensity. We concluded that the changes (SNPs) in the PTOX gene sequence suggest to be related to the environmental adaptation, that is, this influences the selection of mutant genotypes.
Descrição: LIMA, Karine Thiers Leitão. Polimorfismos do gene da plastoquinol oxidase (PTOX) em ecotipos de Arabidopsis thaliana (projeto 1001 genomas): correlações de expressão gênica e de variantes estruturais da proteína com a distribuição geográfica dos ecotipos. 2017. 110 f. Dissertação (Mestrado em Bioquímica)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/22414
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