Genomic, evolutionary, and functional analyses of terpene synthase genes in Psidium cattleyanum Sabine

• Autor(a) principal: Canal, Drielli
• Data de Publicação: 2024
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: eng
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/276191
• topic: Psidium cattleyanum; Terpenóides; Filogenética; Terpenoids; Phylogenetic analyses

Psidium cattleyanum Sabine, comumente conhecido como araçá, é uma frutífera neotropical com notável capacidade de adaptação à diversos ambientes. A espécie é dividida em dois morfotipos (indivíduos com variações morfológicas e/ou cromáticas). Um deles apresenta coloração dos frutos vermelha quando em estado de maturação, enquanto o outro morfotipo exibe frutos de coloração amarela. A espécie também destaca-se por apresentar um complexo poliplóide, caracterizado por indivíduos contendo números variados de conjuntos cromossômicos (2n=3x=33 a 2n=12x=132). Além da variabilidade em seu conteúdo de DNA, e sua morfologia, apresenta variação na constituição de metabolitos secundários. Estudos anteriores detectaram diferenças no perfil de óleo entre o araçá amarelo e o vermelho e isso pode ser devido a diferentes técnicas de isolamento, ou ao local de coleta. No óleo essencial do araçá, os terpenóides podem ser produzidos pelo metabolismo primário e desempenham papéis essenciais no crescimento, e desenvolvimento da planta. Estes metabólitos quando produzidos pelo metabolismo secundário, medeiam interações com polinizadores e fungos, defendem a planta contra patógenos e herbívoros, protegem do estresse térmico, desempenhando importantes papéis ecológicos na interação planta-ambiente. Devido à sua importância econômica, foram realizados grandes esforços para investigar os mecanismos moleculares que determinam a diversidade estrutural dos genes da terpeno sintase (TPS) em espécies de frutos capsulares secos da família Myrtaceae, que apresentam versatilidade funcional e concentrações elevadas de terpenos foliares. Estes genes sintetizam enzimas que catalisam a condensação, ciclização, ou rearranjos, convertendo os precursores geranil difosfato (GPP), neril difosfato (NPP) ou farnesil difosfato (FPP) em mono (C10), sesqui- (C15), di- (C20), tri-(C30), tetra- (C40) e politerpenoides (com mais de 40 átomos de carbono). Nas espécies frutíferas neotropicais a influência genética na produção de óleos essenciais é desconhecida. Assim, a presente tese tem o objetivo de investigar as diferenças na via de biossíntese dos terpenoides entre os morfotipos vermelho e amarelo, bem como a sua biossíntese em indivíduos com variação no conteúdo de DNA, visando contribuir para a compreensão da diversificação e adaptação desta planta que caracteriza-se por expandir se rapidamente ambientes naturais, encontrada nos tropicos e subtropicos, considerada invasora em algumas regiões. No primeiro capítulo, identificamos e caracterizamos a família de genes terpeno sintase (TPS) e exploramos o perfil do óleo essencial do araçá vermelho e amarelo. Os genes da subfamília TPS-b1 destacam-se por serem responsáveis pela biossíntese de monoterpenos, compostos majoritários encontrados no perfil do óleo de ambos os morfotipos. Notavelmente, o óleo essencial do araçá vermelho foi dominado por 1,8-cineol e linalol, enquanto o araçá amarelo teve uma maior proporção de α-pineno. Foram realizadas análises de expressão gênica, que indicam padrões de expressão distintos, sugerindo regulação genética influenciando o conteúdo de óleo essencial. E por fim, análises filogenéticas e de seleção foram realizadas entre espécies de Myrtaceae, a fim de elucidar os mecanismos que explicam a variabilidade química dos compostos do óleo essencial, juntamente com a evolução da tribo Myrteae. No segundo capítulo, exploramos marcadores de polimorfismos de nucleotídeo único (SNP) em P. cattleyanum. As análises de ontologia genêtica das sequências deridadas de DarTseq (STAGs) ancoradas em transcritos revelaram variantes genéticas em vias enriquecidas associadas à biosíntese de terpenos, indicando a potencial influência regulatória dessas vias sobre características adaptativas no araçá. Além disso, foi possível obter um conjunto de marcadores conservados, polimórficos e funcionais para a espécie. No terceiro capítulo, iniciamos estudos de clonagem e ensaio enzimático em genes-chave da via de biossíntese dos terpenos. Os resultados desta pesquisa oferecem informações sobre a organização genética do metabolismo dos terpenos no araçá e possíveis papeis em mecanismos de adaptação nessa espécie frutífera neotropical, contribuindo para aplicações de conservação e melhoramento molecular, especialmente frente as mudanças climáticas.