Evolução de famílias multigênicas e redes de regulação em plantas

Autor(es)

Luiz Eduardo Vieira Del Bem

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Biologia
• Data de defesa: 2013-01-29

Membros da banca

Michel Georges Albert Vincentz; Jörg Kobarg; Sérgio Furtado dos Reis; Douglas Silva Domingues; Camila Caldana

• Orientador: Michel Georges Albert Vincentz

Resumo

O sequenciamento de um número crescente de genomas completos tem transformado a biologia. Mais especificamente, no campo da biologia evolutiva, tem se tornado possível endereçar perguntas centrais sobre o funcionamento ultimato dos mecanismos de transformação genética, com potencial impacto em todos os campos da biologia, assim como na filosofia. Esta tese está dividida em dois aspectos importantes da evolução de genomas: o processo de duplicação e fixação de genes duplicados, que é a base do surgimento de famílias multigênicas, e a evolução de redes de regulação, que determinam as relações de causalidade nos processos celulares. Os dois aspectos se relacionam à evolução da complexidade, tanto no que tange o conteúdo gênico dos seres vivos quanto nas interações mecanistica entre os genes via seus produtos (RNAs e proteínas basicamente). No primeiro aspecto abordamos a evolução de dois mecanismos biológicos que depende da ação integrada entre proteínas de famílias distintas: o mecanismo de síntese e degradação do polissacarídeo de parede celular xiloglucano, e o ciclo das chaperonas calreticulina/calnexina envolvidas no controle de qualidade de proteínas sintetizadas no retículo endoplasmático. Nossos trabalhos mostraram que uma forma primordial de xiloglucano, mais simples, surgiu antes da conquista do meio terrestre pela linhagem das plantas, ao contrário do que se imaginava, e que o ciclo calreticulina/calnexina é produto da subfuncionalização em eucariotos basais de uma chaperona ancestral, além do surgimento de funções específicas na família da calreticulina em plantas terrestres. O interesse em evolução de famílias multigênicas nos levou a desenvolver um método (Phylexpress) para análise de ortologia em larga escala, bem como permitir a integração de dados de expressão na tentativa de entender a dinâmica evolutiva da expressão gênica em famílias multigênicas. Utilizamos nosso método para revisitar o conteúdo gênico dos ESTs públicos de cana-de-açúcar, como prova de conceito, numa análise comparativa com o proteoma predito de sorgo. Nossos resultados mostram uma cobertura em termos de ortólogos para apenas ~58% do proteoma predito de sorgo em contrates com estimativas anteriores, com métodos mais simples, que chegaram a 90% do proteoma hipotético de cana. Para abordar a dinâmica evolutiva de redes de regulação, realizamos medições, em escala genômica, das alterações nos níveis de mRNAs de plântulas de sorgo e arroz em resposta a tratamentos de curta duração (2hrs) com sinais exógenos de ABA (hormônio vegetal) e dos açúcares glicose e sacarose. Utilizamos dados públicos e experimentalmente comparáveis de Arabidopsis thaliana em resposta aos mesmos sinais para realizar comparações que revelassem respostas conservadas ou divergentes entre ortólogos. Além disso, buscamos entender a dinâmica evolutiva das respostas transcricionais num contexto de duplicação gênica em famílias multigênicas, onde há diversos genes potencialmente redundantes do ponto de vista bioquímico/estrutural. Nossa abordagem sugere que redes de regulação gênica em eucariotos complexos evoluem majoritariamente de forma neutra, pois parecem apresentar uma taxa de divergência constante, que independe da rede (disparada por cada um dos diferentes sinais) e das espécies envolvidas. Nossos dados são complementares e potencialmente confirmadores de modelos recentes de evolução não-adaptativa em redes de regulação gênica. Concluímos que a evolução da complexidade em sistemas biológicos está parcialmente ligada à diminuição da eficiência da seleção, causada majoritariamente por números populacionais efetivos restritivos presentes nas linhagens de eucariotos complexos (vertebrados e plantas terrestres) (AU)

• Processo FAPESP: 08/09105-1 - Caracterização fisiológica do grupo J de fatores de transcrição do tipo bZIP ao longo da evolução do reino Viridiplantae.
• Beneficiário: Luiz Eduardo Vieira Del Bem
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado