P5CS em foco : evolução estrutural-funcional, regulação da expressão e dinâmica de ganho e perda de genes

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Filgueiras, João Pedro do Carmo
• Orientador(a): Zolet, Andreia Carina Turchetto
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Evolução molecular; Prolina; Estrutura molecular
• Palavras-chave em Inglês: Proline; Molecular mechanisms; Evolution of genes
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/300375

O gene P5CS, codificante da enzima Δ 1 -pirrolina-5-carboxilato sintase, é o responsável por iniciar a biossíntese de prolina a partir do glutamato. A enzima P5CS ainda possui importantes conexões metabólicas como no balanço oxi-redutor e na resposta a estresses abióticos e bióticos. A enzima P5CS possui dois domínios catalíticos e se originou de um evento de fusão entre as enzimas γ-GK e γ-GPR. Plantas, animais e alguns eucariotos unicelulares, possuem o gene P5CS, enquanto que os procariotos, fungos e algumas algas codificam as enzimas não-fusionadas (γ-GK e γ-GPR). Nas plantas é comum encontrar um par de parálogos do gene P5CS, que se originaram de diversos eventos de duplicações independentes, sendo hipotetizado que eventos de duplicação de genoma completo (WGD) são a principal fonte de duplicação do P5CS. Essa tese teve como objetivo explorar a evolução estrutural, padrões evolutivos de ganho e perda de genes e mecanismos moleculares envolvidos na regulação da expressão de P5CS, para ganhar insights sobre sua relevância fisiológica e adaptativa em plantas. No primeiro capítulo utilizamos a biologia estrutural para compreender as possíveis implicações e vantagens da fusão que originou o gene P5CS. Nele realizamos a comparação da P5CS de plantas, animais e tripanossomatídeos, com as enzimas não-fusionadas (γ-GK e γ-GPR) de levedura e bactérias. A análise estrutural reforça a existência de um único evento de fusão para a origem do P5CS, e com ela descartamos a possibilidade da fusão ter ocorrido em alguma linha eubacteriana. Além disso, propomos pela primeira vez o mecanismo catalítico do domínio GPR. No segundo capítulo, exploramos a dinâmica de duplicações e perdas do P5CS nas plantas. Nele usamos como modelo a ordem Myrtales, devido a existência de um evento de WGD no ancestral comum da ordem e por estudos anteriores apontarem a presença de um único P5CS na família Myrtaceae. O P5CS foi recuperado em 100 espécies, abrangendo cinco das nove famílias da ordem. A filogenia destas sequências nos mostrou quatro eventos independentes de duplicação do P5CS e ao menos três eventos de perda dentro das Myrtales. Análises de sintenia apontaram que dois destes quatros eventos foram oriundos de WGD. Em adição, a análise de elementos cis-regulatórios, nas Myrtales, mostrou enriquecimento em famílias de fatores de transcrição comumente envolvidas na resposta ao estresse, como MYB, ERF e bZIP. No terceiro capítulo exploramos o eixo regulatório, através do estudo dos fatores de transcrição MYB em Eugenia uniflora, uma espécie de Myrtaceae que possui um único gene P5CS. Essa espécie é amplamente distribuída e ocorre em diversas condições ambientais, como restingas e matas ciliares. Foram identificados 147 genes MYB no genoma de E. uniflora, dos quais 50 se mostraram diferencialmente expressos em condições de estresse hídrico. Posteriormente identificamos os potenciais genes EunMYB que atuam na regulação do P5CS em E. uniflora, integrando dados da literatura com aspectos evolutivos e transcriptômicos. Em conjunto, essa tese sintetiza aspectos estruturais, evolutivos e regulatórios envolvendo o gene P5CS, mostrando que uma abordagem ampla é essencial para a compreensão da evolução e diversificação dos genes.