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Comparative transcriptome analysis reveals lineage- and environment-specific adaptations in cacti from the Brazilian Atlantic Forest

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Autor(es):
Amaral, Danilo T. ; Bonatelli, Isabel A. S. ; Romeiro-Brito, Monique ; Telhe, Milena C. ; Moraes, Evandro M. ; Zappi, Daniela Cristina ; Taylor, Nigel Paul ; Franco, Fernando F.
Número total de Autores: 8
Tipo de documento: Artigo Científico
Fonte: PLANTA; v. 260, n. 1, p. 16-pg., 2024-07-01.
Resumo

Uncovering the molecular mechanisms driving adaptive divergence in traits related to habitat adaptation remains a central challenge. In this study, we focused on the cactus clade, which includes Cereus sericifer F.Ritter, Cereus fernambucensis Lem., and Cereus insularis Hemsley. These allopatric species inhabit distinct relatively drier regions within the Brazilian Atlantic Forest, each facing unique abiotic conditions. We leveraged whole transcriptome data and abiotic variables datasets to explore lineage-specific and environment-specific adaptations in these species. Employing comparative phylogenetic methods, we identified genes under positive selection (PSG) and examined their association with non-synonymous genetic variants and abiotic attributes through a PhyloGWAS approach. Our analysis unveiled signatures of selection in all studied lineages, with C. fernambucensis northern populations and C. insularis showing the most PSGs. These PSGs predominantly govern abiotic stress regulation, encompassing heat tolerance, UV stress response, and soil salinity adaptation. Our exclusive observation of gene expression tied to early developmental stages in C. insularis supports the hypothesis of neoteny in this species. We also identified genes associated with abiotic variables in independent lineages, suggesting their role as environmental filters on genetic diversity. Overall, our findings suggest that natural selection played a pivotal role in the geographic range of these species in response to environmental and biogeographic transitions. (AU)

Processo FAPESP: 18/06937-8 - Filogenia, biogeografia e diversificação de cactos da América do Sul com enfoque na Tribo Cereeae (Cactaceae)
Beneficiário:Monique Romeiro Brito
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
Processo FAPESP: 19/11233-2 - Filogenia, biogeografia e evolução de caracteres dos gêneros Melocactus link & Otto e Discocactus Pfeiff (Cactaceae)
Beneficiário:Milena Cardoso Telhe
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
Processo FAPESP: 22/09910-9 - Levantamento de organismos bioluminescentes da Estação Ecológica de Juréia-Itatins: biodiversidade, evolução molecular e bioindicador ambiental
Beneficiário:Danilo Trabuco do Amaral
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOTA - Regular
Processo FAPESP: 20/15161-3 - Adaptação durante transições biogeográficas do Cerrado para a Caatinga: paralelismo evolutivo e idiossincrasias em linhagens independentes do gênero Cereus (Cactaceae)
Beneficiário:Fernando de Faria Franco
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOTA - Regular
Processo FAPESP: 18/03428-5 - Dimensions US-BIOTA-Sao Paulo: características preditoras da diversificação adaptativa na Diagonal Seca Brasileira
Beneficiário:Vera Nisaka Solferini
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOTA - Temático