Os elementos de transposicão (TEs) são sequências genéticas móveis. Sua capacidade mutagênica faz deles uma importante fonte de variabilidade nos genomas. Outro importante papel dos TEs na evolução dos genomas é o de doadores de domínios protéicos na formação de novos genes. 276 clones de cDNA homólogos a TEs foram previamente identificados no banco de dados do SUCEST (projeto de sequenciamento de etiquetas expressas de cana-de-acúcar). Neste trabalho nós realizamos o sequenciamento completo de 156 destes clones e a classificação e caracterização de suas sequências comparando-as com bancos de dados. Foram identificadas 9 diferentes famílias de transposons e 11 diferentes famílias de retrotransposons. As famílias mais representadas entre os transposons foram MuDr e hAT (que engloba os elementos do tipo Ac e Tam3), para os quais foram identificados 43 e 32 clones de cDNA, respectivamente. Entre os retrotransposons, a família mais representada foi Hopscotch, apresentando 25 clones de cDNA. Após esta análise global, o foco das investigações voltou-se para os cDNAs do tipo hAT. Uma análise comparativa destes cDNAs revelou que as sequências homólogas a hAT estão distribuídas em dois grupos. O grupo I, é composto por sequências com alta conservação no nível de nucleotídeos, está presente no genoma de todas as gramíneas analisadas (híbridos e parentais da cana-de-acúcar, milho e arroz) com um baixo número de cópias, teve a sua expressão detectada em folhas, raízes e mais intensamente em calos cana. Além disso, apresenta alta similaridade de sequências com transposases domesticadas descritas na literatura. O grupo II, por sua vez, é composto por sequências mais heterogêneas, que apresentam similaridade com os transposons originais que constituem a superfamília hAT: hobo (de Drosophila melanogaster), Ac (de Zea mays) e Tam3 (de Antirrhinum majus). Sua distribuição é restrita ao genoma de Saccharum, com um número de cópias maior que o grupo I. Um ensaio de PCR-Inversa identificou terminações inversas repetidas (TIRs) para o cDNA TE221 do grupo II. A partir de iniciadores desenhados sobre estas TIRs foi possível recuperar dois elementos, de 3,5kb e 4,2kb, respectivamente, e um MITE de 250 pb, todos homólogos a hAT. Este resultado demonstrou que a estratégia utilizada para recuperar elementos do genoma da cana-de-açúcar a partir do cDNA TE221 mostrou-se eficiente. Homólogos aos grupos I e II de cana-de-acúcar foram identificados em bancos de dados de milho, arroz e arabidopsis. Estes dados sugerem que a separação dos dois grupos ocorreu antes da divergência entre as classes Monocotiledonea e Eudicotiledonea. Com base nos resultados aqui apresentados sugerimos que um transposon ancestral do tipo hAT, presente nas angiospermas anteriormente à separação de Monocotiledonea e Eudicotiledonea, teve sua transposase capturada na formação de um gene com função celular. A partir do evento da domesticação, estas transposases seguiram dois caminhos evolutivos distintos, um como gene funcional e outro como um transposon tradicional. Estas duas formas de transposase do tipo hAT podem ser encontradas no genoma da cana-de-acúcar, representadas pelos elementos dos grupos I e II, respectivamente. / Transposable elements (TEs) are mobile genetic sequences. Their mutagenic capacity makes them important sources of variation in the genomes. These elements have another important evolutionary role as donors of functional protein domains in the formation of new genes. 276 cDNA clones homologous to TEs were previously identified in the Brazilian Sugarcane Expressed Sequence Tag Project (SUCEST) databases. In this work, we have obtained the full sequences of 156 for these clones. These sequences were compared with Genbank database. We have identified 9 families of transposons and 11 families of retrotransposons. The most representative families found amongst the transposons were MuDr and hAT (wich encompass Ac and Tam3), with 43 and 32 cDNAs, respectively. Amongst the retrotransposons, the most representative family was Hopscotch, with 25 cDNAs. After this global analysis, we have focused our investigation in the hAT-like cDNAs. A comparative analysis of these cDNAs has revealed a profile of two distinct groups. Group I is composed of sequences with high conservation at nucleotide level, it is present in the genome of all grasses analysed (hybrids and parentals of sugarcane, maize and rice) with low copy number, it is expressed in leaves and roots of sugarcane, and more intensely in callus. In addition, group I sequences have clustered with domesticated transposases. The group II is composed of more heterogeneous sequences similar with the original elements that constitute the hAT superfamily: hobo (from Drosophilla melanogaster), Ac (from Zea mays) and Tam3 (from Antirrhinum majus). This group was shown to be restricted to the genome of Saccharum, with higher copy number than group one. Inverse-PCR assays has identified terminal inverted repeats (TIRs) to the cDNA TE221 from group II. Primers based on the sequences of the TIRs allowed us to recover three elements hAT-like from sugarcanes genomic DNA: one of 3,5kb and another of 4,2kb, and a MITE of 250 bp. These results corroborate the strategy applied in order to recover elements from the sugarcane´s genome. Sequences homologous to both sugarcane group I and group II were found also in maize and rice, as well as in arabidopsis databases. These data suggest that the divergence of the two groups occured before the separation between the classes Monocotiledonea and Eudicotiledonea. Based on our results, we suggest the existence of an ancestral transposon hAT-like, present in angiosperms before the separation between Monocotiledonea and Eudicotiledonea, of which the transposase was captured to compose a new gene with some cellular function. Since the domestication event, these transposases followed distinct evolutive pathways, one as a regular gene and another as a bona fide transposon. These two forms of hAT-like transposases could be found in the sugarcanes genome, represented by the elements from groups I and II, respectively.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-29082007-120131 |
| Date | 18 June 2007 |
| Creators | Erika Maria de Jesus |
| Contributors | Marie Anne van Sluys, Lucia Garcez Lohmann, Cristina Yumi Miyaki, Patrícia Gleydes Morgante, Katia Castanho Scortecci |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Ciências Biológicas (Botânica), USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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