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Type: TESE
Degree Level: Doutorado
Title: A origem do milho : a identificação de Saccharum como um dos provaveis parentais alotetraploides
Title Alternative: The origin of maize: Saccharum as one of the allotetraploid progenitors
Author: Figueira, Thais Rezende e Silva
Advisor: Arruda, Paulo, 1952-
Abstract: Resumo: O seqüenciamento de ESTs e a sua organização em bancos de dados constituem poderosas ferramentas para a identificação de genes expressos em determinados tecidos e/ou tipos celulares. Buscando obter informações sobre o metabolismo e o desenvolvimento da semente do milho, nós criamos um banco de ESTs denominado MAIZEST. Esse banco de dados contem ESTs de um grande número de tecidos do milho e é especialmente rico em seqüências provenientes do endosperma em desenvolvimento. O MAIZEST contém 227.431 ESTs oriundas de mais de 30 órgãos e tecidos de milho. Desses, 64.537 são provenientes de endosperma em desenvolvimento sendo que 30.531 foram seqüenciados em nosso laboratório. Utilizando ferramentas de bioinformatica, identificamos no MAIZEST um conjunto de genes preferencialmente expressos no endosperma, dentre os quais destacam-se fatores de transcrição posivelmente envolvidos em processos chave do metabolismo, diferenciação e desenvolvimento do endosperma. Em seguida, identificamos no MAIZEST os genes que codificam as proteínas de reserva de milho, as zeínas, e fizemos um estudo comparativo entre os genes que coficam as prolaminas do milho, do sorgo e da cana-de-açúcar. Estudos evolutivos sugerem que o milho seja o produto de uma alotetraploidização ocorrida pela hibridização interespecífica de dois ancestrais n=5. O milho deve ter sido originado através de um evento de alotetraploidização segmental, ocorrido a aproximadamente 11 milhões de anos, ou através de um evento único de duplicação, ocorrido acerca de 5 milhões de anos. Todavia, até o momento, os progenitores do milho ainda não haviam sido identificados. Neste trabalho, demonstramos que um destes progenitores pertence à linhagem Saccharum, que deu origem à moderna cana-de-açúcar. Comparando os padrões das prolaminas do milho, do sorgo e da cana-de-açúcar, observamos uma grande similaridade entre milho e cana. As prolaminas, que se acumulam no endosperma dos cereais, podem ser agrupadas em classes estruturalmente distintas, denominadas de a-, ß-, ?- e d-prolaminas. Quase a totalidade dessas classes de prolaminas são encontradas nas três espécies, mas em milho existem duas classes de a-zeinas, as de 22KD e as de 19KD. Sorgo possui apenas a-kafirinas de 22 KD, enquanto a cana, como o milho, possui as a-prolaminas de 22 e 19KD, as quais denominamos caneinas. O alinhamento das seqüências de aminoácido das a-zeínas, a-caneinas e a-kafirinas revelou que em cana e milho, o sexto domínio, de uma estrutura composta por 10 domínios a-helices que caracterizam as a-prolaminas de 22 KD, está ausente nas a-prolaminas de 19KD. Uma vez que as a-prolaminas de 22KD estão presentes em sorgo, e em outras espécies da tribo Andropogoneae, como o Coix, nós postulamos que as a-prolaminas de 19KD foram origindas pela deleção do sexto domínio das a-prolaminas de 22KD, ocorrida em uma linhagem acestral de Saccharum. Saccharum e Sorgo divergiram entre 8-9 milhões de anos, quando apenas as a-prolaminas de 22KD existiam. As caneínas de 19KD foram originadas após esta divergência o que sugere que o milho herdou a a-zeina de 19KD de Saccharum, após a hibridização interespecífica entre Saccharum e outro progenitor Androponeae n=5

Abstract: The sequencing of ESTs (expressed sequence tags) and its organization in databases constitute powerful tools to identify genes of interest in certain tissues and/or cell types. In this work we have created a database of ESTs expressed in diverse maize tissues called MAIZEST. MAIZEST contains 227,431 ESTs coming from over 30 different maize tissues, 64,357 of which coming from developing endosperm. The analysis of MAIZEST database leaded to the identification of 4,032 transcripts preferentially expressed in endosperm, and its annotation revealed a great variety of new genes involved in endosperm metabolism and development. We used the information of the genes encoding the maize storage protein, zein, to comparre with the storage protein genes from sorghum and sugarcane. Genetic and molecular evolution studies have suggested that maize is the product of a tetraploid event which occurred by the interspecific hybridisation of two n = 5 ancestors. It has been proposed that maize may have originated through a segmental allotetraploid event occurred at 11.5 Mya or by a single duplication event occurred about 4.8 Mya. However, the progenitors of the allotetraploid have not as yet been identified. Here we show that one of the progenitors belongs to the saccharum lineage from which modern sugarcane originates. Comparing patterns of the seed storage protein, prolamins, of maize, sorghum and sugarcane, a striking similarity was found between maize and sugarcane. Prolamins, which accumulate in the endosperm of cereal seeds, can be grouped into structurally distinct classes named a-, ß-, ?- and d-prolamins. Almost all prolamin classes are present in maize, sorghum and sugarcane, but in maize there are two molecular weight distinct classes of a-prolamins, the 22 KD and the 19 KD a-zeins. Sorghum possesses only the 22 KD a-kafirin while sugarcane possesses both the 22KD and the 19 KD a-prolamins, which we called caneins. Alignment of the 22 and the 19 KD amino acid sequences revealed that both the 19 KD a-zein and the 19 KD a-canein lack the 6th a-helices domain from the 10 a-helices domains found in the 22 KD a-prolamins. Since the 22 KD a-prolamins are present in sorghum and in the more ancient Andropogoneae species Coix, we postulate that the 19 KD a-prolamins originated, by a deletion of the 6th a-helices domain of the 22 KD a-prolamins, in the saccharum lineage. Saccharum and sorghum diverged about 5-9 Mya, when only the 22 KD a-prolamins existed. The 19KD a-canein originated after this divergence. Therefore, maize inherited the 19KD a-zein from saccharum after the interspecific hybridisation between saccharum and another n = 5 Andropogoneae progenitor
Subject: Proteinas de reserva
Alotetraploides
Genômica
Milho
Cana-de-açúcar
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2007
Appears in Collections:IB - Tese e Dissertação

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