Análise filogenética da família multigênica da catalase em angiospermas e expressão in silico na espécie Zea mays

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2019
Autor(a) principal: Lemos, Moaciria de Souza
Orientador(a): Costa, José Hélio
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/40286
Resumo: Throughout evolution, plants have developed strategies to mitigate the negative effects of the environmental stresses to which they are exposed. Among these strategies, the development of an antioxidant system plays a primordial role in dealing with molecules or free radicals harmful to the cell. Catalase is an enzyme that is part of this line of defense, metabolizing H2O2, which at high concentrations causes harmful effects on cells. In plants, catalase is generally encoded by a multigenic family of up to three genes.However, the distribution as well as the physiological function of each gene member are still poorly understood subjects. This work aimed to analyze the structure and phylogenetic distribution of the catalase genes in angiosperms as well as their functionality (expression) in different tissues during development and stress conditions in corn. The catalase genes were annotated and the cDNA sequences obtained were used to construct the phylogenetic tree through Bayesian methodology and also to determine the gene structure. Gene expression was evaluated in corn transcriptomic data (in silico) using the HTSeq tool. From the phylogenetic analysis four catalase subfamilies were identified in angiosperms (CAT2, CAT3, CAT1 and CAT4). The first two found only in species of monocots, the third shared by both clades and the last one found only in eudicots. Gene structure data suggest that gene evolution occurred through predominantly introns deletion events and through duplication. Expression analysis revealed that the cat2 and cat3 genes are expressed in the root under dry condition and under fungus attack, respectively. Both genes had expression in the germinated grain and mature foliar tissue. The cat1 gene was expressed only in reproductive tissues. All three genes studied have expression profile dependent on tissue and stage of development of the plant. The data obtained in this work contribute to elucidate the evolutionary distribution of the catalase genes in plants, generating information to establish a broader classification seeking interrelationship between phylogeny, structure and gene function.
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In plants, catalase is generally encoded by a multigenic family of up to three genes.However, the distribution as well as the physiological function of each gene member are still poorly understood subjects. This work aimed to analyze the structure and phylogenetic distribution of the catalase genes in angiosperms as well as their functionality (expression) in different tissues during development and stress conditions in corn. The catalase genes were annotated and the cDNA sequences obtained were used to construct the phylogenetic tree through Bayesian methodology and also to determine the gene structure. Gene expression was evaluated in corn transcriptomic data (in silico) using the HTSeq tool. From the phylogenetic analysis four catalase subfamilies were identified in angiosperms (CAT2, CAT3, CAT1 and CAT4). The first two found only in species of monocots, the third shared by both clades and the last one found only in eudicots. Gene structure data suggest that gene evolution occurred through predominantly introns deletion events and through duplication. Expression analysis revealed that the cat2 and cat3 genes are expressed in the root under dry condition and under fungus attack, respectively. Both genes had expression in the germinated grain and mature foliar tissue. The cat1 gene was expressed only in reproductive tissues. All three genes studied have expression profile dependent on tissue and stage of development of the plant. The data obtained in this work contribute to elucidate the evolutionary distribution of the catalase genes in plants, generating information to establish a broader classification seeking interrelationship between phylogeny, structure and gene function.As plantas desenvolveram, ao longo da evolução, estratégias para mitigar os efeitos negativos dos estresses ambientais aos quais estão expostas. Dentre essas estratégias, o desenvolvimento de um sistema antioxidante desempenha uma função primordial em lidar com moléculas ou radicais livres nocivos à célula. A catalase é uma enzima que faz parte dessa linha de defesa, metabolizando o H2O2, que em concentrações elevadas causa efeitos danosos as células. Em plantas, geralmente a catalase é codificada por uma família multigênica de até três genes. Entretanto, a distribuição, bem como a função fisiológica de cada membro gênico ainda são temas pouco compreendidos. Dessa forma, esse trabalho objetivou analisar a estrutura e distribuição filogenética dos genes da catalase em angiospermas bem como a sua funcionalidade (expressão) em diferentes tecidos durante o desenvolvimento e condições de estresse em milho. Os genes da catalase foram anotados e as sequências de cDNA obtidas foram utilizadas para construção da árvore filogenética através da metodologia Bayesiana e também para determinação da estrutura gênica. A expressão gênica foi avaliada em dados transcriptômicos (in silico) de milho através da ferramenta HTSeq. A partir da análise filogenética quatro subfamílias da catalase foram identificadas em angiospermas (CAT2, CAT3, CAT1 e CAT4). As duas primeiras encontradas somente em espécies de monocotiledôneas, a terceira compartilhada por ambas as classes e a última encontrada somente em eudicotiledôneas. Os dados de estrutura gênica sugerem que a evolução dos genes ocorreu através de, predominantemente, eventos de deleção de íntrons e por meio de duplicação. A análise de expressão revelou que os genes cat2 e cat3 são expressos na raiz em condição de estresse osmótico e sob ataque de fungo, respectivamente. Ambos os genes apresentaram expressão no grão germinado e em tecido foliar maduro. Já o gene cat1 foi expresso somente em tecidos reprodutivos. Os genes da catalase em milho possuem expressão dependente do tecido e do estágio de desenvolvimento da planta. Os dados obtidos nesse trabalho contribuem para elucidar a distribuição evolutiva dos genes da catalase em plantas, gerando informações para se estabelecer uma classificação mais ampla buscando inter-relação entre filogenia, estrutura e função gênica.FilogeniaExpressão gênicaZea maysFamília multigênicaAnálise filogenética da família multigênica da catalase em angiospermas e expressão in silico na espécie Zea maysPhylogenetic analysis of the multigenic family of catalase in angiospermas and expression in silico in the species Zea maysinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFCinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINAL2019_dis_mslemos.pdf2019_dis_mslemos.pdfapplication/pdf2506374http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/40286/3/2019_dis_mslemos.pdf60246e8c8e5d487a71975cd4f4ca3d1cMD53LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/40286/4/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD54riufc/402862019-03-14 14:31:07.808oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2019-03-14T17:31:07Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false
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