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Citogenômica comparativa e aspectos epigenéticos em espécies de Brachiaria e híbridos interespecíficos
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Universidade Federal de Lavras
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Departamento de Biologia
Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento de Plantas
Agência de fomento
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Tipo de impacto
Áreas Temáticas da Extensão
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Dados abertos
Resumo
O gênero Brachiaria (Trinius) Grisebach é composto por espécies
com diferentes níveis de ploidia e modo de reprodução, algumas de grande
importância econômica sendo utilizadas como forrageiras. Estudos sobre a
composição e relação genômica dentro do gênero são restritos, assim como a
avaliação de marcas epigenéticas que estão envolvidas com a organização
estrutural e funcional do genoma. O objetivo do primeiro estudo foi
investigar as relações genômicas entre B. ruziziensis, B. decumbens e B.
brizantha por meio da técnica de hibridização genômica in situ (GISH).
Adicionalmente, a hibridização fluorescente in situ (FISH) com rDNA 45S e
5S e a quantificação do tamanho do genoma nuclear foram realizadas. O
híbrido 1863 (B. ruziziensis x B. brizantha) apresentou número
cromossômico (2n=36), quantidade de DNA (3,24 pg) e quatro sítios de
rDNA 45S e sete de 5S conforme o esperado a partir do cruzamento de B.
ruziziensis x B. brizantha. O híbrido cv. Mulato II [(B. ruziziensis x B.
decumbens) x B. brizantha] também apresentou 2n=36 cromossomos, sete
sítios de rDNA 5S, quatro de 45S e 3,83 pg de DNA, superior à média dos
genitores (3,43 pg). No híbrido 963 (B. ruziziensis x B. decumbens), todas as
metáfases apresentaram 2n=38 cromossomos, excedendo 2 cromossomos do
esperado, que representou um aumento de 0,29 pg de DNA, considerando a
média do conteúdo de DNA dos genitores (3,33 pg) e a presença de cinco
sítios de rDNA 45S e sete de 5S. A análise da GISH nos híbridos permitiu
identificar a ocorrência de rearranjos e diferenças da contribuição dos
genomas genitores na constituição do híbrido. Com base nos resultados da
GISH foi proposta a constituição genômica de B. brizantha (BBB1B
1
), B.
decumbens (B1B
1B
2B
2
) e B. ruziziensis (B
2B
2
). Os genomas B, B
1
e B2
foram
considerados homeólogos, com menor afinidade entre os genomas B e B
2
.
Em uma segunda abordagem, o objetivo foi analisar as modificações póstraducionais
de histonas e metilação de DNA associadas com a modulação
da cromatina e silenciamento gênico em espécies e híbridos de Brachiaria,
com diferentes níveis de ploidia e modo de reprodução. A comparação da
distribuição cromossômica de modificações de histonas entre as espécies e
híbridos revelou uma maior variação de tipos cromossômicos para a
marcação heterocromática (H3K9me2) em B. decumbens e no híbrido 963,
enquanto que, para a marca epigenética da eucromatina (H3K4me2), a
variação foi maior em B. brizantha, B. decumbens e híbrido 963. A
distribuição cromossômica da 5-mCyt foi similar entre B. brizantha e B.
decumbens, espécies tetraploides e apomíticas, as quais diferiram do
observado em B. ruziziensis, espécie diploide e sexual. Significativas
alterações na metilação do DNA foram observadas na B. ruziziensis
duplicada e nos híbridos interespecíficos, possivelmente como consequência
dos processos de poliploidização e hibridação, respectivamente.
Abstract
The Brachiaria (Trinius) Grisebach genus consists of species with
different ploidy levels and reproduction mode, some of great economic
importance are used as forage. Studies about the genomic constitution and
relationship within of the genus are restricted, as well as the evaluation of
epigenetic marks that are involved in structural and functional organization
of the genome. The aim of the first study was to investigate the genomic
relationship among B. ruziziensis, B. decumbens and B. brizantha by means
of Genomic in situ Hybridization (GISH). In addition, Fluorescence in situ
Hybridization (FISH) with 45S and 5S rDNA and quantification of the
nuclear genome size were performed. The hybrid 1863 (B. ruziziensis x B.
brizantha) presented chromosome number (2n = 36), DNA amount (3.24 pg)
and four sites of 45S rDNA and seven of 5S as expected from crossing
between B. ruziziensis and B. brizantha. The hybrid cv. Mulato II [(B.
ruziziensis x B. decumbens) x B. brizantha] also presented 2n=36
chromosomes, seven sites of 5S rDNA, four of 45S and 3.83 pg of DNA,
higher than the average of the parents (3.43 pg). The hybrid 963 (B.
ruziziensis x B. decumbens) all metaphases presented 2n = 38 chromosomes,
exceeding 2 chromosomes to the expected, which represented an increase of
0.29 pg of DNA, considering the average of DNA content of the parents
(3.33 pg ) and the presence of five sites of 45S rDNA and seven of 5S. The
GISH analysis in the hybrid indicated the occurrence of rearrangements and
differences in the contribution of parent genomes in the constitution of the
hybrid. Based on GISH results, was proposed the genomic constitution of B.
brizantha (BBB1B
1
), B. decumbens (B1B
1B
2B
2
) and B. ruziziensis (B2B
2
).
The genomes B, B1 and B2 were considered homeologous, with lower
affinity between the genomes B e B2
. In a second approach, the aim was to
evaluate the histone post-translational modifications and DNA methylation
associated with chromatin modulation and gene silencing, in Brachiaria
species and hybrids which have different ploidy levels and reproduction
mode. Comparison of chromosomal distribution in histone modifications
among species and hybrids showed greater variation of chromosomal types
for the heterochromatic marks (H3K9me2) in B. decumbens and the 963
hybrid, while, for the euchromatin epigenetic mark (H3K4me2), the
variation was higher in B. brizantha, B. decumbens and 963 hybrid. The
chromosome distribution of 5-mCyt was similar between B. brizantha and B.
decumbens, tetraploid and apomictic species, which differ from the
distribution observed in B. ruziziensis, a diploid and sexual species.
Significant alterations in DNA methylation were observed in the duplicated
B. ruziziensis and in the interspecific hybrids, possibly as a result of
hybridization and polyploidization process.
Descrição
Área de concentração
Linha de pesquisa
Agência de desenvolvimento
Palavra chave
Marca
Objetivo
Procedência
Impacto da pesquisa
Resumen
Palavras-chave
ISBN
DOI
Citação
PAULA, C. M. P. de. Citogenômica comparativa e aspectos epigenéticos em espécies de Brachiaria e híbridos interespecíficos. 2015. 113 p. Tese (Doutorado em Genética e Melhoramento de Plantas)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2015.