tese
Genômica comparativa em Piper L.
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Universidade Federal de Lavras
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Programa de Pós-graduação em Genética e Melhoramento de Plantas
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Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
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Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Dados abertos
Resumo
Piper L. é considerado o segundo maior gênero das Angiospermas e apresenta espécies
com elevada importância socioeconômica, incluindo as produtoras de óleos essenciais, como
Piper hispidinervum C.DC, Piper aduncum L. e Piper aff. hispidinervum C.DC. Essas espécies
estão envolvidas em uma controvérsia taxonômica por possuírem características morfológicas
e citogenéticas muito similares. A fim de identificar caracteres de maior resolução para
definição de seus status taxonômico, objetivou-se realizar uma análise comparativa e
filogenética da fração repetitiva de DNA e do genoma cloroplastidial entre elas. Os DNA
genômicos foram sequenciados na plataforma Illumina e as análises das sequências repetitivas
foram realizadas no pipeline RepeatExplorer. A espécie Piper nigrum foi usada como grupo
externo a partir de sequências de nucleotídeos disponíveis no banco ENA. A similaridade entre
as sequências satélite foi determinada pelo alinhamento MAFFT no software UGENE.
Sequências de aminoácidos dos domínios proteicos conservados da superfamília Ty3-Gypsy
foram extraídas e as relações filogenéticas foram estabelecidas pelo método Neighbor-Joining.
Os genomas de cloroplastos foram montados no NOVOPlasty, anotados via GeSeqCHLOROBOX e Geneious Prime e os mapas gráficos circulares obtidos no
OrganellarGenomeDRAW. As sequências dos genomas cloroplastidiais foram alinhadas com
MAFFT e a árvore filogenética foi construída com 32 espécies de Piper pelo método de Máxima
Verossimilhança. A fração repetitiva representou cerca de 60% do genoma de P. hispidinervum,
62% de P. aduncum e P. aff. hispidinervum. Os retrotransposons foram a classe mais abundante,
sendo a ordem LTR (52%) e a superfamília Ty3-Gypsy (49,8%) responsáveis pela maior parte
da fração repetitiva em P. hispidinervum, P. aduncum e P. aff. hispidinervum. A família EnSpmCACATA esteve ausente em P. nigrum e foi a mais abundante dos transposons nas demais
espécies. Por outro lado, as famílias hAT e Mutator foram mais abundantes em P. nigrum e
estiveram em menores quantidades nas demais espécies. Sequências satélite foram identificadas
em todos os genomas e foram classificadas em nove famílias. Apenas o satélite PafSat1 foi
compartilhado em todas as espécies, enquanto os satélites PadSat1e PadSat2 foram exclusivos
de P. aduncum e PniSat1 e PniSat2 foram exclusivos de P. nigrum. A superfamília Ty3-Gypsy
formou seis clados com linhagens comuns da retrotransposase entre as espécies de Piper. O
genoma do cloroplasto das espécies analisadas possui estrutura quadripartida, formada pela
pequena região de cópia única (SSC), regiões de repetições invertidas (IRa e IRb) e grande
região de cópia única (LSC). P. aduncum apresentou genoma com tamanho de 161.719 pb, P.
hispidinervum e P. aff. hispidinervum apresentaram tamanhos de 161.287 e 161.257 pb,
respectivamente, e todas apresentaram 129 genes, sendo 88 genes codificadores de proteínas,
34 RNA transportadores e sete RNA ribossômicos. A fração repetitiva e os genomas
cloroplastidiais de P. hispidinervum e P. aff. hispidinervum foram mais próximos entre si e mais
distantes de P. aduncum, corroborando com a hipótese de P. hispidinervum ser uma espécie
distinta de P. aduncum e P. aff. hispidinervum um ecótipo de P. hispidinervum.
Abstract
Piper L. is considered the second largest genus of Angiosperms and has species of high
socioeconomic importance, including those that produce essential oils, such as Piper
hispidinervum C.DC, Piper aduncum L. e Piper aff. hispidinervum C.DC. These species are
involved in a taxonomic controversy because they have very similar morphological and
cytogenetic traits. In order to identify higher resolution traits to define their taxonomic status,
the aim was to carry out a comparative and phylogenetic analysis of the repetitive collection of
DNA and the chloroplast genome between them. Genomic DNAs were sequenced on Illumina
and repetitive sequence analyzes were performed on the RepeatExplorer pipeline. The species
Piper nigrum L. was used as outgroup from nucleotide sequences available in the ENA bank.
The similarity between the satellite sequences was determined by MAFFT in the UGENE
software. Amino acid sequences of conserved protein domains of the Ty3-Gypsy superfamily
were extracted, and phylogenetic relationships protected by the Neighbor-Joining method.
Chloroplast genomes were assembled in NOVOPlasty, annotated via GeSeq-CHLOROBOX
and Geneious Prime, and circular graphic maps obtained in OrganellarGenomeDRAW. The
chloroplast genome sequences were identified with MAFFT, and the phylogenetic tree was built
with 32 Piper species by the Maximum Likelihood method. The repetitive sample represented
about 60% of the genome of P. hispidinervum, 62% of P. aduncum and P. aff. hispidinervum.
Retrotransposons were the most abundant class, with the LTR order (52%) and the Ty3-Gypsy
superfamily (49.8%) accounting for most of the repetitive revenue in P. hispidinervum, P.
aduncum, and P. aff. hispidinervum. The EnSpm-CACATA family was absent in P. nigrum and
was the most abundant transposon in the other species. On the other hand, the hAT and Mutator
families were more abundant in P. nigrum and remained in lower capacities in the other species.
DNA satellites were identified in all genomes and were classified into new families. Only the
PafSat1 satellite was shared in all species, while the PadSat1 and PadSat2 satellites were
exclusive to P. aduncum and PniSat1 and PniSat2 were exclusive to P. nigrum. The Ty3-Gypsy
superfamily comprises six clades with common lineages of retrotransposition among Piper
species. The chloroplast genome of these species has a quadripartite structure, formed by the
small single copy region (SSC), inverted repeat regions (IRa and IRb) and the large single copy
region (LSC). P. aduncum had a genome size of 161,719 bp, P. hispidinervum and P. aff.
hispidinervum showed patterns of 161,287 and 161,257 bp, respectively, and all approved 129
genes, 88 protein-coding genes, 34 transfer RNA genes and seven ribosomal RNA genes. The
repetitive collection and chloroplast genomes of P. hispidinervum and P. aff. hispidinervum
were closer to each other and more distant from P. aduncum, supporting the hypothesis that P.
hispidinervum is a distinct species from P. aduncum and P. aff. hispidinervum an ecotype of P.
hispidinervum.
Descrição
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Agência de desenvolvimento
Palavra chave
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Impacto da pesquisa
Resumen
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DOI
Citação
LEITÃO, L. R. G. Genômica comparativa em Piper L. 2023. 87 p. Tese (Doutorado em Genética e Melhoramento de Plantas)–Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2023.
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