Evolução molecular do Complexo IV proteico mitocondrial de plantas carnívoras da família Lentibulariaceae Rich.
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Data
2023-07-12
Autores
Orientador
Silva, Saura Rodrigues
Miranda, Vitor Fernandes Oliveira de 
Coorientador
Pós-graduação
Ciências Biológicas (Botânica) - IBB
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Tese de doutorado
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
As plantas carnívoras ocorrem em ambientes terrestres e aquáticos pobres em nutrientes e possuem armadilhas capazes de atrair, capturar, matar e digerir suas presas para assimilar nutrientes necessários para seu desenvolvimento. Lentibulariaceae é uma das maiores famílias de plantas carnívoras com cerca de 370 espécies organizadas nos gêneros Genlisea A.St.-Hil., Pinguicula L. e Utricularia L. As espécies apresentam alta taxa respiratória mitocondrial e mutações nos genes da citocromo c oxidase I (cox1) do Complexo IV da cadeia respiratória. Estes eventos no gene podem ter alterado a funcionalidade das estruturas proteicas, impactando na adaptação das espécies, conforme é observado nas armadilhas que capturam presas em linhagens de Lentibulariaceae. Porém, tais informações foram baseadas apenas em sequências parciais somente do gene cox1. Visando compreender a história filogenética e os processos adaptativos do grupo, incluindo eventos de seleção nestes genes e mudanças em suas taxas evolutivas, esta tese teve como objetivos: a) investigar o conteúdo dos genes de citocromo c oxidase (Complexo IV), entender a história filogenética, se há seleção nestes genes e analisar a taxa evolutiva destes genes para ajudar a entender melhor o processo adaptativo dessas plantas; b) averiguar a evolução dos genes COX mitocondriais em plantas carnívoras e parasitas para compreender se houve um padrão no processo evolutivo acompanhado do modo de vida extremo e especializado; c) montar o mitogenoma de Genlisea tuberosa para explorar aspectos estruturais e evolutivos a partir de seu conteúdo. Como resultados principais, as mutações no complexo COX indicam que houve uma irradiação adaptativa entre espécies de Utricularia e Genlisea de modos diferentes sobretudo em suas armadilhas. Os resultados deste estudo ressaltam a rápida taxa evolutiva nas mitocôndrias dessas plantas peculiares, assim como refletidos em plantas com estilo de vida parasita. O dinamismo molecular no mitogenoma representado pela perda ou pseudogenização de genes, inserção de genes de outros compartimentos celulares, as repetições longas, bem como mutações acumuladas, pode ser reflexo do estilo de vida carnívoro. A sequência e anotação do mitogenoma de G. tuberosa serão úteis para estudos futuros, sendo pioneiro para o gênero Genlisea, e servirá como modelo para esclarecimentos evolutivos e taxonômicos do grupo, além de melhorar nossa compreensão da evolução do DNA mitocondrial em plantas.
Resumo (inglês)
Carnivorous plants occur in nutrient-poor terrestrial and aquatic environments and possess traps capable of attracting, capturing, killing, and digesting their prey to assimilate the necessary nutrients for their development. Lentibulariaceae is one of the largest families of carnivorous plants, comprising approximately 370 species organized into the genera Genlisea A.St.-Hil., Pinguicula L., and Utricularia L. These species exhibit a high mitochondrial respiratory rate and mutations in the cytochrome c oxidase I (cox1) genes of Complex IV in the respiratory chain. These gene events may have altered the functionality of protein structures, impacting the adaptation of the species, as observed in the traps that capture prey in Lentibulariaceae lineages. However, such information has been based only on partial sequences of the cox1 gene. With the aim of understanding the phylogenetic history and adaptive processes of the group, including selection events in these genes and changes in their evolutionary rates, this thesis had the following objectives: a) investigate the content of the cytochrome c oxidase genes (Complex IV), understand the phylogenetic history, assess selection in these genes, and analyze the evolutionary rate of these genes to gain a better understanding of the adaptive process in these plants; b) examine the evolution of mitochondrial COX genes in carnivorous and parasitic plants to determine if there is a pattern in the evolutionary process associated with their extreme and specialized lifestyles; c) assemble the mitogenome of Genlisea tuberosa to explore structural and evolutionary aspects based on its content. The main results show that mutations in the COX complex indicate an adaptive radiation among Utricularia and Genlisea species, particularly in their traps. The findings of this study highlight the rapid evolutionary rate in the mitochondria of these peculiar plants, as also observed in parasitic plants. The molecular dynamics in the mitogenome, represented by gene loss or pseudogenization, insertion of genes from other cellular compartments, long repeats, and accumulated mutations, may be a reflection of their carnivorous lifestyle. The sequence and annotation of the G. tuberosa mitogenome will be valuable for future studies, pioneering in the Genlisea genus, and serving as a model for evolutionary and taxonomic elucidations of the group, as well as enhancing our understanding of mitochondrial DNA evolution in plants.
Descrição
Palavras-chave
Idioma
Português