Caracterização e análise filogenética em poales e perfil de Expressão in silico da oxidase terminal do plastídio (ptox) em Sorghum bicolor (l.) moench

Abstract

A oxidase terminal do plastídio (PTOX) é uma enzima codificada no núcleo das células de organismos que podem desempenhar a fotossíntese oxigênica. Sua função tem sido associada à biossíntese de carotenóides, clororrespiração e respostas a diversos estresses ambientais em plantas. Devido a sua importância a PTOX tem sido alvo de diversos estudos bioquímicos e moleculares, sendo assim, o presente estudo teve como objetivo caracterizar in silico os genes da família multigênica da PTOX e analisá-los, filogeneticamente, em sorgo e outras espécies da ordem Poales (Panicum hallii, Panicum virgatum, Setaria italica, Setaria viridis, Zea mays, Triticum aestivum, Hordeum vulgare e Oryza sativa), que possuem o genoma disponível em bancos de dados públicos. Além disso, objetivamos também avaliar o perfil de expressão dos genes da PTOX em sorgo a partir de dados transcriptômicos. A identificação e anotação manual dos genes PTOX foi realizada a partir de buscas em bancos de dados públicos utilizando-se de sequências homólogas da PTOX de Arabidopsis thaliana através da ferramenta de alinhamento de sequências, o BLAST. A análise filogenética foi realizada a partir dos cDNA's deduzidos utilizando-se o programa MEGA 11 e sua respectiva extensão, o ClustalW, além disso, a espécie Arabidopsis thaliana (ordem Brassicales) foi utilizada como grupo externo. As análises de Bioinformática evidenciaram que o número de genes PTOX variou entre as espécies analisadas, no sorgo foram identificados apenas 2 genes PTOX e, nas outras espécies o menor número (apenas 1 gene) foi identificado em Hordeum vulgare, Oryza sativa e em ambas as Setarias, já o maior número de genes foi observado em Triticum aestivum (3 genes). A estrutura éxon/íntron é conservada entre os genes PTOX no sorgo e nas outras espécies da ordem Poales, todas possuem um quantitativo de 9 éxons e 8 íntrons. O alinhamento das sequências revelou identidades que variaram entre 61,83% a 99,47% em nucleotídeos, 64,84% a 99,69% nas sequências de aminoácidos deduzidas e 30,32% a 99,05% nos promotores. A análise filogenética demonstrou que os genes PTOX das Poales estão divididos em dois clados de genes ortólogos e são divergentes dos de Arabidopsis thaliana. A análise da caracterização gênica e da distribuição filogenética dos membros da família multigênica PTOX na ordem Poales proporcionou uma classificação confiável dentro do grupo das monocotiledôneas, além da identificação de genes ortólogos. Essa classificação dará suporte a estudos que objetivem identificar a função específica de cada membro gênico entre essas espécies. A análise do perfil de expressão in silico do sorgo foi gerada através de dados transcriptômicos (banco SRA) do GenBank, utilizando-se, partir desses dados, dois genótipos de sorgo, CSF 20 (tolerante à salinidade) e CSF 18 (sensível à salinidade). As análises revelaram que o padrão de expressão frente aos estresses isolados é diferente do padrão para o estresse combinado. O genótipo CSF 20 é mais indicado para situações de estresse isolados, enquanto o genótipo CSF 18 é mais indicado para situações de estresse combinados. Além disso, o gene PTOX2b apresentou maiores percentuais de expressão, o que nos remete que a indução de sua superexpressão pode ser utilizada como ferramenta biotecnológica para aumento da produção e tolerância de cultivares em regiões que predominem salinidade e altas temperaturas.