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Regulatory architecture of transcription factors underlying common bean response to anthracnose: integrating scientometrics, genomics, and interaction networks

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Resumo

O feijoeiro comum (Phaseolus vulgaris L.) é uma leguminosa de grande importância na alimentação da população brasileira, e doenças como a antracnose figuram entre os principais fatores que limitam a produtividade da cultura. A compreensão das interações moleculares no patossistema feijoeiro–antracnose é fundamental para o desenvolvimento de estratégias de controle sustentáveis. Nesse contexto, fatores de transcrição (TFs) desempenham papel central na regulação de programas transcricionais envolvidos na resposta das plantas a estresses bióticos. Famílias de TFs como MYB, NAC, WRKY e ERF são amplamente reconhecidas como componentes importantes da imunidade vegetal. A análise dessas famílias em redes de interação permite identificar genes centrais (hubs) que coordenam respostas regulatórias associadas à defesa. Entre essas famílias, os fatores de transcrição do tipo WRKY encontramse bem caracterizados no organismo modelo Arabidopsis thaliana, cujos membros participam de mecanismos de imunidade desencadeada por padrões moleculares associados a patógenos (PTI) e imunidade desencadeada por efetores (ETI), atuando na regulação de genes relacionados à produção de compostos fenólicos, moléculas antimicrobianas, proteínas de resistência e vias hormonais, como as do ácido salicílico e do ácido jasmônico. Nesse contexto, esta tese teve como objetivo analisar fatores de transcrição diferencialmente expressos em resposta à infecção por Colletotrichum lindemuthianum raça 65 em feijoeiro, por meio da construção de redes de interação proteína–proteína (PPI), denominadas “Factoroma”, além de realizar a caracterização genômica e a análise de expressão da família WRKY em P. vulgaris. Para isso, a tese foi estruturada em três capítulos complementares. Inicialmente, foi analisado o Factoroma com o objetivo de identificar famílias de TFs relevantes na resposta imune do feijoeiro à antracnose. Em seguida, foi conduzido um estudo cienciométrico para caracterizar o panorama global das pesquisas envolvendo WRKYs e resistência de plantas. Por fim, foi realizada uma análise de genoma amplo da família WRKY em feijoeiro, associada à avaliação de sua expressão durante a infecção por antracnose. A análise das redes de interação revelou as famílias WRKY, NAC e AP2/ERF como hubs centrais na resposta à infecção, além de evidenciar uma dinâmica temporal na ativação e supressão de vias hormonais associadas ao ácido salicílico, ácido jasmônico e etileno em 48 e 96 horas após a inoculação. O estudo cienciométrico evidenciou os principais pesquisadores, instituições e tendências de pesquisa relacionadas à família WRKY, reforçando sua relevância na resistência de plantas. A análise genômica identificou 89 genes WRKY em P. vulgaris, revelando sua diversidade estrutural, repertório de elementos cis-regulatórios e dinâmica evolutiva. Os resultados indicam a presença de genes com padrões de expressão associados à resistência, enquanto outros apresentam perfis compatíveis com suscetibilidade à antracnose.

Abstract

The common bean (Phaseolus vulgaris L.) is a legume of major importance in the diet of the Brazilian population, and diseases such as anthracnose are among the main factors limiting crop productivity. Understanding the molecular interactions within the bean– anthracnose pathosystem is essential for the development of sustainable disease management strategies. In this context, transcription factors (TFs) play a central role in regulating transcriptional programs involved in plant responses to biotic stresses. TF families such as MYB, NAC, WRKY, and ERF are widely recognized as important components of plant immunity. The analysis of these families within interaction networks allows the identification of central genes (hubs) that coordinate regulatory responses associated with plant defense. Among these families, WRKY transcription factors are well characterized in the model organism Arabidopsis thaliana, whose members participate in mechanisms of pattern-triggered immunity (PTI) and effector-triggered immunity (ETI), regulating genes involved in the production of phenolic compounds, antimicrobial molecules, resistance proteins, and hormonal signaling pathways such as those mediated by salicylic acid (SA) and jasmonic acid (JA). In this context, this thesis aimed to analyze transcription factors differentially expressed in response to infection by Colletotrichum lindemuthianum race 65 in common bean through the construction of protein–protein interaction (PPI) networks, here referred to as the “Factorome,” as well as to perform a genome-wide characterization and expression analysis of the WRKY gene family in P. vulgaris. To achieve this objective, the thesis was structured into three complementary chapters. First, the Factorome was analyzed to identify TF families involved in the immune response of common bean to anthracnose. Next, a scientometric study was conducted to characterize the global research landscape related to WRKY transcription factors and plant resistance. Finally, a genome-wide analysis of the WRKY family in common bean was performed, together with the evaluation of its gene expression during anthracnose infection. Network analysis revealed the WRKY, NAC, and AP2/ERF families as central hubs in the response to infection and indicated a temporal dynamic in the activation and suppression of hormonal pathways associated with SA, JA, and ethylene at 48 and 96 hours after inoculation. The scientometric study identified the main researchers, institutions, and research trends related to the WRKY family, reinforcing its relevance in plant resistance studies. Genome-wide analysis identified 89 WRKY genes in P. vulgaris, revealing their structural diversity, repertoire of cis-regulatory elements, and evolutionary dynamics. The results indicate the presence of genes with expression patterns associated with resistance, whereas others display profiles consistent with susceptibility to anthracnose.

Descrição

Área de concentração

Genética e Melhoramento de Plantas

Linha de pesquisa

Genômica e Genética Molecular de Plantas e de Fitopatógenos

Agência de desenvolvimento

Palavra chave

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Impacto da pesquisa

Resumen

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DOI

Citação

OLIVEIRA, Elenildo dos Santos. Regulatory architecture of transcription factors underlying common bean response to anthracnose: integrating scientometrics, genomics, and interaction networks. 2026. 132 p. Tese (Doutorado em Genética e Melhoramento de Plantas) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2026.

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