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Previous issue date: 2011-05-27 / Iron is an essential element for plant development, involved in metabolic
processes, such respiration and photosynthesis. However, data regarding the
genotype by environment interaction are lacking. Comparative analysis with
lower plant groups and crop plants can increase the understanding about
these processes. The use of bryophytes as model plants rise as a promising
strategy since they present simpler patterns of development. The present
work aimed to identify the occurrence patterns of molecular markers in model
plant species, as well as to infer about the phylogenetical relationships of
gene families related with iron homoestasis in plants, allowing the
development of tranfer strategies of genomic data across model and orphan
species. Using bioinformatics tools, a survey analysis was performed to detect
repetitive elements in EST banks of eleven plant species. To validate the SSR
markers found, 100 primer pairs were developed on the microsatelite
sequences obtained for Physcomitrella patens Brid. and tested against
genomic DNA of Polytrichum juniperinum Hedw. Phylogenetic and divergence
time analysis was performed for the gene families Iron Regulated Transporter
(IRT), Ferric Redectase Oxidase (FRO), Nicotinamide synthase (NAS), Yellow
Stripe-Like (YSL) and Natural Resistance-Associated Macrophage Protein
(NRAMP), related to the iron homoestasis, with help of the Bayesian inference
and using the rice, Arabidopsis and P. patens genes for the Blast search in
distinct land plants species. Also, primers for transposable elements
recognizably related to Ysl genes were developed and applied jointly with the
SSR primers by the IRAP/REMAP technic searching to find microsatellite
markers associated to copies of this gene family. A total of 13,133 SSR
markers were discovered in non- redundant EST databases made for all
eleven species chosen for this study. The dimer motifs are more frequent in
lower plant species, such as green algae and mosses, and the trimer motifs
are more frequent for the majority of higher plant groups, such as monocots
and dicots. Thirty percent of EST-SSE were successfully transferred with a
relative polimorphism information across Physcomitrella patens Brid. and P.
juniperinum, being promising for mapping and comparative genome analyses
in plants. A total of 243 iron uptake gene sequences for 30 plant species were
found using rice and Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. homologues as queries.
The evolutionary fingerprinting analyses suggested a positive selective
pressure on iron uptake genes for most of the plant homologues analyzed,
enabling an optimization and maintenance of gene function. The divergence
time analysis indicates IRT as the most ancient gene family and FRO as the
most recent. NRAMP and YSL genes appear as a close branch in the
evolution of iron uptake gene families. No recent duplication in grasses were
found based in the bayesian inference, and paralogue copies were only
observed for dicot species. The Nramp cis-acting homology search indicated
an ancestral duplication hypothesis for this gene family in grasses. Using
IRAP/REMAP techniques, it was observed that YSL homologues in
Physcomitrella are surrounded by copia-like retrotransposons as occurs in the
maize ZmYSL1 copy. Also Polytrchum juniperinum Hedw. in vitro cultures
were estabilished using spores as explants. Protonemal and gametophyte
development were obtained using a growth regulator free culture medium. / O ferro é um elemento essencial para o crescimento e desenvolvimento das
plantas, envolvido em processos metabólicos essenciais, como fotossíntese e
respiração. Porém, são poucos os dados relacionando a interação entre
diferentes genótipos e ambientes. Análises comparativas entre plantas
inferiores e plantas cultivadas podem possibilitar o melhor entendimento
destes processos. O uso de briófitas como modelo para estudos de
processos biológicos em plantas surge como uma estratégia promissora
devido ao padrão relativamente simples de desenvolvimento destas plantas.
O presente trabalho objetivou identificar padrões de ocorrência de
marcadores moleculares em plantas modelo, bem como inferir acerca da
filogenia das famílias gênicas envolvidas na homoestase do ferro em plantas,
possibilitando a criação de estratégias de transferência de informação
genômica entre espécies modelo e espécies órfãs. Utilizando ferramentas de
bioinformática foram realizadas análises exploratórias para detectar as
ocorrências de elementos repetitivos em bancos de ESTs de onze espécies
de plantas. Para a validação destes marcadores moleculares foram
desenvolvidos 100 conjuntos de iniciadores a partir das sequências contendo
microssatélites obtidas para Physcomitrella patens Brid. e testadas contra o
DNA genômico de Polytrichum juniperinum Hedw. Foram realizadas análises
filogenéticas e de divergência das famílias gênicas Iron Regulated
Transporter (IRT), Ferric Redectase Oxidase (FRO), Nicotinamide synthase
(NAS), Yellow Stripe-Like (YSL) e Natural Resistance-Associated
Macrophage Protein (NRAMP), envolvidas na homoestase de ferro por meio
de inferência bayesiana, utilizando genes de arroz, Arabidopsis e
Physcomitrella patens Brid. na busca de homólogos em diferentes espécies
de plantas terrestres, com o auxílio da ferramenta Blast (NCBI). Também
foram desenvolvidos iniciadores para elementos transponíveis
reconhecidamente associados a genes Ysl de milho e utilizados
conjuntamente com os iniciadores EST-SSR por meio da técnica
IRAP/REMAP buscando encontrar marcadores microssatélites associados a
cópias desta familia gênica. Como resultados foram identificados 13.133
marcadores microssatélites em bancos de dados não redundantes de regiões
expressas (EST) de onze espécies de plantas. Os motivos dinucleotídeos
foram mais frequentes em espécies basais, enquanto os motivos
trinucleotídeos foram mais frequentes em espécies derivadas. Em 30% dos
conjuntos de iniciadores EST SSR testados contra o DNA de P. juniperinum,
foi obtido bandas polimórficas promissoras para estudos de mapeamento
comparativo e de diversidade genética. Foram encontrados 243 homólogos
de genes relacionados as famílias gênicas envolvidas com a homoestase de
ferro em trinta espécies de plantas. A análise de fingerprinting realizada
sugere que a maioria destes genes estão submetidos a seleção positiva,
indicando acúmulo de mutações adaptativas, essencial para a manutenção e
otimização da resposta gênica. A análise de tempo de divergência indica que
os genes IRT são mais basais e os genes FRO os mais recentes entre as
familias gênicas estudadas. As famílias NRAMP e YSL são evolutivamente
próximas. A análise bayesiana das sequências e de regiões promotoras dos
genes NRAMP não indica duplicações recentes em gramíneas, sendo as
duplicações provenientes de divergência ancestral a origem do grupo.
Parálogos foram identificados somente em dicotiledôneas. Por meio da
transferência de marcadores IRAP/REMAP é observado que genes YSL de
P. patens estão cercados por retroelementos do tipo cópia, a exemplo do que
ocorre com o gene ZmYSL1 em milho. Também foi estabelecido o cultivo, em
condições axênicas, de Polytrichum juniperinum Hedw. utilizando esporos
como explantes, onde foi observado que protonemas são obtidos utilizando
meio de cultura livre de fitorreguladores, regenerando gametófitos em cultivo
in vitro.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufpel.edu.br:123456789/1290 |
| Date | 27 May 2011 |
| Creators | Victoria, Filipe de Carvalho |
| Contributors | CPF:43725678049, http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4780819H4, Oliveira, Antonio Costa de |
| Publisher | Universidade Federal de Pelotas, Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia, UFPel, BR, Biotecnologia |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFPEL, instname:Universidade Federal de Pelotas, instacron:UFPEL |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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