Genômica comparativa de lipoxigenases em plantas e perfil transcricional em Coffea arabica - Camargo, Paula Oliveira [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023)
As lipoxigenases (LOXs) são enzimas que desempenham diversas funções fisiológicas nos vegetais, incluindo crescimento e desenvolvimento, e estão relacionadas com vias de defesa vegetal. O ácido jasmônico é um hormônio sinalizador para ativação das LOXs em resposta a ataques de herbívoros ou patógenos. Elicitores, como o ácido hexanoico, também podem sinalizar a ativação de vias de jasmonatos e, consequentemente, a ativação das LOXs. As LOXs são codificadas por uma família gênica, geralmente estudada individualmente em uma espécie ou em poucas espécies relacionadas. No entanto, a família gênica LOX nunca foi estudada em detalhe no gênero Coffea. Diante deste cenário, o objetivo deste estudo foi analisar a diversidade, evolução e expressão dos genes LOX em espécies de angiospermas. Além disso, buscamos identificar genes codificadores de enzimas lipoxigenases em três espécies do gênero Coffea (Coffea arabica, Coffea canephora e Coffea eugenioides) e avaliar se o elicitor ácido hexanoico pode modular o perfil transcricional da família gênica LOX em C. arabica. Identificamos 247 genes LOX entre 23 espécies de angiospermas e plantas basais e em análises filogenéticas identificamos um novo subclado de LOX. Foram identificados 18 genes de lipoxigenases em Coffea arabica, enquanto em Coffea canephora e Coffea eugenioides foram encontrados 9 genes LOX. Nosso trabalho observou que os genes LOX no genoma tetraploide de Coffea arabica tem distribuição em seus subgenomas similar aos diploides parentais, Coffea canephora e Coffea eugenioides. Verificamos que a aplicação exógena de ácido hexanoico pode modular o perfil transcricional de genes de lipoxigenases em folhas e raízes de C. arabica cv. Catuaí Vermelho (CV) e C. arabica cv. Obatã (OB). Três genes apresentam alta correlação entre a atividade da enzima lipoxigenase e a atividade transcricional de genes LOX. Com isso, esperamos contribuir para o entendimento da diversidade e evolução de LOX em Angiospermas bem como para o entendimento da regulação da defesa vegetal mediada pelas LOXs em plantas de Coffea.

Lipoxygenases (LOXs) are enzymes that perform several physiological functions in plants, including growth and development, and are related to plant defense pathways. Jasmonic acid is a signaling hormone for activation of LOXs in response to herbivore or pathogen attacks. Elicitors, such as hexanoic acid, can also signal the activation of jasmonate pathways and, consequently, the activation of LOXs. LOXs are encoded by a gene family, usually studied individually in a species or a few related species. However, the LOX gene family has never been studied in detail in the genus Coffea. Given this scenario, the aim of this study was to analyze the diversity, evolution and expression of LOX genes in angiosperm species. In addition, we sought to identify genes encoding lipoxygenase enzymes in three species of the Coffea genus (Coffea arabica, Coffea canephora and Coffea eugenioides) and evaluate whether the hexanoic acid elicitor can modulate the transcriptional profile of the LOX gene family in C. arabica. We identified 247 LOX genes among 23 species of angiosperms and basal plants and in phylogenetic analyzes we identified a new subclade of LOX. 18 lipoxygenase genes were identified in Coffea arabica, while in Coffea canephora and Coffea eugenioides 9 LOX genes were found. Our work observed that the LOX genes in the tetraploid genome of Coffea arabica have distribution in their subgenomes similar to the parental diploids, Coffea canephora and Coffea eugenioides. We verified that the exogenous application of hexanoic acid can modulate the transcriptional profile of 12 lipoxygenase genes in leaves and roots of C. arabica cv. Catuaí Vermelho (CV) and C. arabica cv. Obatã (OB). Three genes show high correlation between lipoxygenase enzyme activity and transcriptional activity of LOX genes. With this, we hope to contribute to the understanding of the diversity and evolution of LOX in Angiosperms as well as to the understanding of the regulation of plant defense mediated by LOXs in Coffea plants.
Comparative genomics of lipoxygenases in plants and transcriptional profile in Coffea arabica
Keywords: Famílias multigênicas; Diversidade gênica em Angiospermas; LOX em Coffea; Elicitor ácido hexanoico; Multigene families; Gene diversity in Angiosperms; LOX in Coffea; Hexanoic acid elicitor