A família de Fatores de Transcrição GRF em espécies de Coffea spp.: genômica comparativa e aspectos evolutivos

Abstract

Os Growth Regulating Factors (GRF) constituem uma família gênica de fatores de transcrição exclusivos de plantas, fundamentais para a regulação do crescimento e desenvolvimento. Atuam no desenvolvimento de flores, sementes e raízes, bem como na coordenação do crescimento frente a interações hormonais e de estresse. Em termos pós-transcricionais, podem ser regulados por uma família de microRNAs, bem como por proteínas co-ativadoras. A família GRF foi caracterizada em diversas espécies de plantas, desde espécies basais até angiospermas. Análises comparativas preliminares de banco de dados públicos sugerem uma perda de membros da família GRF no evento que gerou a espécies alotetraploide Coffea arabica, o que torna esta família gênica um importante estudo de caso de evolução genômica em Coffea spp., com desdobramentos básicos e biotecnológicos. O presente projeto tem por objetivo avaliar parâmetros evolutivos e transcricionais dessa família de fatores de transcrição. Para isso, realizamos análises filogenéticas, de sintenia, duplicação gênica, região promotora, interação entre proteínas e potencial alvo de microRNA, além de re-análise de dados públicos de RNA-seq para selecionar genes candidatos à validação transcricional por RT-qPCR. Os resultados de filogenia apontam para a classificação de três grupos de GRF presente em Coffea spp. O subgenoma canephora perdeu dois genes GRF enquanto o sugenoma eugenioides perdeu apenas um. As análises transcricionais mostraram que o gene CaGRF10.1 é mais expresso em folhas durante déficit hídrico e em raizes, em casos de elevado CO2. O presente estudo contribui para compreender a dinâmica da evolução de famílias gênicas em uma espécie vegetal poliploide, buscando compreender a complexidade e diversidade da origem dos mecanismos moleculares na origem das novidades evolutivas em plantas, bem como trazendo subsídios para aplicações biotecnológicas envolvendo o uso desta família gênica em cafeeiro.

Growth Regulating Factors (GRF) constitute a gene family of transcription factors exclusive in plants, essential for the regulation of growth and development. They play crucial roles in the development of flowers, seeds, and roots, as well as in coordinating growth amidst hormonal and stress interactions. Post-transcriptionally, they can be regulated by a family of microRNAs and co-activator proteins. The GRF family has been characterized across various plant species, ranging from basal to angiosperms. Preliminary comparative analyses of public databases suggest a reduction in members of the GRF family following the event that gave rise to the allotetraploid species Coffea arabica. This situation positions this genetic family as a significant case study in evolutionary genomics within Coffea spp., with implications for both fundamental understanding and biotechnological advancements. The present project aims to assess the evolutionary and transcriptional parameters of this family of transcription factors. To achieve this goal, we will conduct phylogenetic, synteny, gene duplication, promoter region, protein interaction, and potential microRNA target analyses. Additionally, we will reanalyze public RNA-seq data to identify candidate genes for transcriptional validation using RT-qPCR. Phylogenetic results indicated the classification of three groups os GRF present in Coffea spp. The canephora subgenome lost two GRF genes, while the eugenioides subgenome lost only one. Transcriptional analyses showed that the gene CaGRF10.1 upregulated in leaves during water deficit conditions and upregulated in roots under elevated CO2 levels. This study contributes to comprehending the dynamics of gene family evolution in polyploid plant species, aiming to unravel the complexity and diversity of molecular mechanisms underlying evolutionary novelties in plants. Furthermore, it provides valuable insights for biotechnological applications involving the utilization of this gene family in coffee trees.