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Tipo: Dissertação
Título: Caracterização filogenética / estrutural da família multigênica da H+ -ATPase de membrana plasmática em monocotiledôneas e análise funcional em Zea mays
Título em inglês: Physiological / structural characterization of the multigenic family of h+ -ATPase plasma membrane in monocotiledones and functional analysis in Zea mays
Autor(es): Sousa, Lyndefania Melo de
Orientador: Costa, José Hélio
Palavras-chave: Anotação gênica;Caracterização gênica;Distribuição filogenética
Data do documento: 2019
Citação: SOUSA, Lyndefania Melo de.Caracterização filogenética / estrutural da família multigênica da H+ -ATPase de membrana plasmática em monocotiledôneas e análise funcional em Zea mays. 2019. 70f. Dissertação (Mestrado em Bioquímica) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2019.
Resumo: As plantas estão continuamente expostas a mudanças ambientais que podem ser desfavoráveis ao seu crescimento e desenvolvimento. Entretanto, elas desenvolveram ao longo do tempo mecanismos de tolerância a essas condições adversas. Dentre eles, a presença das bombas de prótons H+ -ATPase de membrana plasmática (MP) que realizam o bombeamento de prótons do citoplasma para o ambiente extracelular, bem como atuam na regulação do pH intracelular e na manutenção da homeostase iônica. Essas bombas de prótons são codificadas por uma família multigênica apresentando, aproximadamente, onze genes em espécies vegetais. No entanto, estudos sobre sua caracterização gênica e funcional são limitados, de forma que a distribuição e função de cada membro gênico ainda não são bem compreendidas. Desse modo, o objetivo desse trabalho foi analisar a distribuição filogenética e estrutural da família multigênica H+ -ATPase MP em monocotiledôneas e avaliar in silico o perfil de expressão desses genes em Zea mays durante o desenvolvimento e em condições de estresse. Para isto, os membros gênicos foram identificados e anotados através de buscas em bancos de genomas disponíveis no NCBI e Phytozome, utilizando a ferramenta BLAST. As sequências gênicas e de cDNAs foram usadas para avaliar a estrutura de éxon/íntrons através da ferramenta Gene Structure Display Server. Posteriormente, as sequências protéicas deduzidas foram submetidas ao programa MEGA 7.0 para a inferência da distribuição filogenética. O perfil de expressão dos genes foi verificado através da análise de experimentos de sequenciamento de RNA (RNA-seq) em plantas de milho depositados no banco Sequence Read Archive (SRA -NCBI). Os resultados revelaram que a H+ -ATPase MP pode ser codificada por uma família de 5 a 18 genes a depender da espécie. Esses genes foram distribuídos em cinco clados distintos nomeados de I-V, onde foram identificadas similaridades quanto à estrutura de exons/íntrons presentes nos genes agrupados em cada clado. Além disso, a análise de expressão in sílico revelou que a maioria dos membros gênicos foram constitutivamente expressos em milho e alguns membros foram responsivos a condições de estresse, tais como, infecção por patógeno, submersão, deficiência hídrica e altas concentrações de nitrato. Os genes agrupados no clado I, em sua maioria, foram regulados negativamente, enquanto, que a maioria dos genes agrupados nos clados II e IV foram regulados positivamente. Contudo, o gene agrupado no clado V não foi responsivo a nenhuma das condições. O padrão de expressão nos tecidos durante o desenvolvimento, revelou que os genes pertencentes ao clado IV (ZmPHA4 e ZmPHA4a) foram predominantemente expressos nos tecidos do pólen, enquanto que os demais genes apresentaram expressão variável a depender do tecido analisado. No geral, esses dados dão suporte para compreender a distribuição filogenética, estrutura gênica e o padrão de expressão de membros gênicos em tecidos durante o desenvolvimento e sob condições ambientais específicas, possibilitando propor uma classificação de H+ -ATPases MP em monocotiledôneas.
Abstract: Plants are continually exposed to environmental changes that may be unfavorable to their growth and development. However, they have developed over time mechanisms of tolerance to these adverse conditions. Among them, the presence of plasma membrane H+ -ATPase (MP) proton pumps that perform the pumping of protons from the cytoplasm to the extracellular environment, as well as the regulation of intracellular pH and the maintenance of ionic homeostasis. The proton pumps are encoded by a multigenic family displaying approximately eleven genes in plant species. However, studies on its gene and functional characterization are limited, so that the distribution and function of each gene member are still not well understood. Thus, the aim of this work was to analyze the phylogenetic and structural distribution of the multigenic H+ -ATPase MP in monocotyledons and evaluate in silico the expression profile of these genes in Zea mays during development and under stress conditions. For this, the gene members were identified and annotated through searches in genomes databases available in NCBI and Phytozome, using the BLAST tool. Afterwards, Gene and cDNA sequences were used to evaluate the structure of exons / introns through the Gene Structure Display Server tool. Subsequently, the deduced protein sequences were submitted to the MEGA 7.0 program for phylogenetic distribution inference. The expression profile of the genes was verified by the analysis of RNA sequencing experiments (RNA-seq) in corn plants deposited in the Sequence Read Archive (SRA-NCBI). The results revealed that H+ -ATPase MP can be encoded by a family of 5 to 18 genes depending on the species. These genes were distributed in five distinct clades named I-V, where similarities were identified regarding the structure of exons / introns present in genes clustered in each clade. In addition, in silica expression analysis revealed that most of the gene members were constitutively expressed in maize and some members were responsive to stress conditions such as pathogen infection, submersion, water deficiency and high nitrate concentrations. The genes clustered in clade I, for the most part, were downregulated, whereas, the majority of genes clustered in clades II and IV were upregulated. However, the gene clustered in clade V was not responsive to any of the conditions. The pattern of expression in the tissues during development revealed that genes belonging to clade IV (ZmPHA4 and ZmPHA4a) were predominantly expressed in pollen tissues, while the other genes presented variable expression depending on the tissue analyzed. In general, these data support the understanding of the phylogenetic distribution, gene structure and pattern of gene expression in tissues during development and under specific environmental conditions, making it possible to propose a classification of H+ -ATPases MP in monocotyledons.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/41377
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