LGN 5799 - SEMINÁRIOS EM GENÉTICA E MELHORAMENTO DE PLANTAS

Programa de Pós-Graduação em Genética e

Melhoramento de Plantas

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Variabilidade do conteúdo de DNA e evolução do cariótipo em gêneros de Alliaceae

de importância agronômica

Aluno: Daniel PizzaiaOrientadora: Margarida Lopes Rodrigues de Aguiar-Perecin

Características

Souza, 2008; APGII, 2003; Embrapa Hortaliças: www.cnph.embrapa.br

•Classe: Monocotyledones

•Ordem: Asparagales

•Família: Alliaceae

•Divergências: Liliaceae e Amaryllidaceae

•Possui 15 gêneros e cerca de 800 espécies

•Maioria dos gêneros: perenes e bulbosas

•Provável centro de origem: Paquistão e Irã

•Número básico de cromossomos: x= 7, 8 e 9

•Distribuição: desde o círculo polar Ártico até o continente europeu, Ásia, Américas e África

•Não ocorrência de Allium cepa em condições naturais

Importância Econômica

Souza, 2008; APGII, 2003; Embrapa Hortaliças

Agronômicas:

Cebola (A. cepa)Alho (A. sativum)Alho-porró (A. porrum)Cebolinha (A. fistulosum)

Ornamental:Tulbaghia violacea

Cebola em números:

•Produção mundial de US$ 6 bilhões anuais•Aumento de 25% na última década•Entre as culturas + importantes

Alho-bravo (invasora)Nothoscordum gracile

Por que estudar o conteúdo de DNA em Alliaceae?

Características citológicas favoráveis:

•Apresentam núcleos grandes

•Células meristemáticas não possuem metabólitos secundários que geram variações durante a mensuração

•Não possuem problemas com técnicas de mensuração de conteúdo de DNA

Baranyi e Greilhuber, 1999

Projeto de Mestrado(Programa Biota/FAPESP)

Família: SmilacaceaeGênero: Smilax

Smilax fluminensis (Pizzaia et al., 2007)

1C= lote haplóide

Não há relação entre a complexidade do organismo e a sua quantidade de DNA

Não há relação entre a quantidade de DNA e o número de genes presentes

Gregory, 2005

Paradoxo do Valor C

Gregory, 2005

Importância do Conteúdo de DNA

•Estimação do conteúdo de DNA: há + 50 anos•Entendimento da origem das espécies•Marcador taxonômico•Estudo de efeitos da variação do conteúdo de DNA sobre os organismos

•Número de espécies analisadas: cerca de 4100 espécies•Representa 1% das angiospermas

Ohri, 1998; Bennett e Leitch, 2005; Greilhuber, 2005

•Diferenças no conteúdo de DNA: podem estar correlacionadas a características adaptativas relativos ao núcleo, à célula, ao tecido e ao organismo

•Comparações do valor C contribui para o estabelecimento de relações evolutivas

•Ganho ou perda de DNA durante a especiação

Importância do Conteúdo de DNA

Ohri, 1998; Bennett e Leitch, 2005; Greilhuber, 2005

Dolezel et al., 1998; Dolezel e Bartos, 2005

Citometria de Fluxo, Densitometria de Feulgen e Análise de Imagem

Aplicações

Câncer

Imunologia

Ciclo Celular

Fitoplâncton

DNA

Cromossomos

Detecção de células anormais

Identificação de células relacionadas

Análise dos ciclos

Diferencia espécies

Quantificação

Isola os cromossomos de cada par

Bacal, 2003

Variações no Conteúdo de DNA

Condições ambientais

Intra-específica Inter-específica

Ohri, 1998; Bennett e Leitch, 2005; Greilhuber, 2005

Variação no Conteúdo de DNA Intra-específica

Adaptado de Baranyi e Greilhuber, 1999

Espécie 2n Ploidia 2C (pg)

Conteúdo de DNA Intra-específico

Van’t Hof (1965) ���� Allium cepa (2C= 33,55 pg)

� modelo de calibração das técnicas (Citometria de Fluxo e

Densitometria) para estudo das angiospermas

Bennett et al., 2000

Bennett et al., 2000

Conteúdo de DNA constante

Ailsa Craig

Nazik Red

Stuttgarter

TG-1015Y

Precedent

Canterbury

Variações Inter-específicas

A. ledebourianum A. ursinum2n=2x= 16 2C= 35,6 pg 2n=2x= 14 2C= 127,14 pg

Ohri, 1998

Investigar a evolução do conteúdo de DNA e do conteúdo de sequências ricas em GC, relacionadas à forma de vida (bulbo ou rizoma)

Citometria de Fluxo

30 espécies de Allium

Incluindo 3 Subgêneros: AlliumAmeralliumRhizirideum

Ricroch et al., 2005

Média de 39,9% de GC

Nucleotipo (Bennett, 1985) � alguns efeitos fenotípicos relacionados a massa nuclear, independentemente dos genes presentes

Adaptado de Baranyi e Greilhuber, 1998; Ohri, 2001

Tamanho do genoma e Fenologia

Angiospermas ���� Genomas grandes ���� Florescimento no início da primavera

Espécies 2n Ploidia 4C (pg) 2C (pg) PeríodoA. chinense 32 4x 130,8 - outonoA. thunbergii 32 4x 105,7 - final do verãoA. sativum 16 2x - 32,45 final do verãoA. heldreichii 16 2x - 32,29 Começo do verão

Espécies perenes Espécies anuais

Valor C Valor C

Elementos envolvidos nas variações no conteúdo de DNA

•DNAs repetitivos

•Rearranjos cromossômicos

•Cromossomos B

•Poliploidias

•Aneuploidias

Maioria das plantas

Menor fração: sequências regulatórias e de genes de cópia única

Maior fração: elementos de DNAs repetitivos

Variações dos motivos: dinucleotídeos a 10 mil pb

Podem ser separados por:grau de homologias de sequênciadistribuiçãoorganização

Kubis et al., 1998

1º grupo: encontradas preferencialmente em posições específicas:

Pericentromérica

Subtelomérica

Telomérica e regiões intercalares

Inclui: DNAs satélite, sequências teloméricas e DNAr

Distribuição de diferentes classes de DNA repetitivo

Kubis et al., 1998

2º grupo: sequências de DNA repetitivo dispersas ao longo dos cromossomos

Inclui: Blocos de heterocromatina, elementos móveis (transposons e retrotransposons), SINEs e LINEs

Retrotransposons: representam 50% do DNA nuclear das plantas

DNAr 5SPosição preferencial

Sequência teloméricaPosição preferencial

Pich e Schubert, 1998; Shibata e Hizume, 2002

A. cepa2C= 33,55 pg2n= 16

A.fistulosum2C= 23,5 pg2n= 16Satélite de 387 pbPosição preferencial

Fesenko et al., 2002

Retrotransposon Ty1-cópiaDisperso uniformemente

Beterraba (Beta vulgaris)

2n=2x=18 1C= 0,8 pg (760 Mpb)63% de DNA repetitivo

Kubis et al., 1998

Lee et al., 1999

A. fistulosumRNAr 5S + espaçador 320 pb

Lee et al., 1999

B (A. cepa) + C (A. fistulosum)= F (A. wakegi)

A + A= G (A. deltoide) (por hibridação)

B + B= H (A. senescens)

Subgênero Rhizirideum

Unidades repetitivas de DNAr 5S

���� ↑↑↑↑ conservadas ���� 350 pb

Espaçadores ���� variam Shibata e Hizume, 2002

Shibata e Hizume, 2002

A. cepaDNAr 5S de 530 pb - vermelhoCromossomo 7

A. schoenoprasumDNAr 5S de 530 pb – verdeDNAr 5S de 350 pb – vermelhoCromossomo 6

Subgênero Rhizirideum – 350 pb � caráter primitivo

Espécies com 530 pb � derivadas

Espaçadores � diferem

Caráter que evoluiu independentemente após a diferenciação das 2 espécies

Bennett e Leitch, 2005; Greilhuber, 2005; Ohri, 1998

•Importante mecanismo citogenético na evolução das plantas

•70% das angiospermas são poliplóides

•O Valor C aumenta com o grau de ploidia?

•Em anfidiplóides é correto somar o Valor C dos parentais ?

Depende da espécie em estudo

Tamanho do Genoma e Poliploidia

Tamanho do Genoma e Poliploidia

Ricroch et al., 2005

Espécie Ploidia 2n 1C DNA (pg)A.paradoxumA. cernnumA.zebdanense

A.montanumA. senescensA. nutansA. cyaneumA. eltyncoticum

2x2x2x

4x4x4x4x4x

161418

3232323232

26,7523,2519,20

10,8010,9010,5011,607,00

Considerações Finais

• Conteúdo de DNA

���� contribuição para taxonomia e evolução

• Alliaceae: variações intra e inter-específicas

• Elementos de posição definida: + utilizados

para evolução de Alliaceae

• Oportunidade: elementos dispersos nos

cromossomos

Obrigado

Daniel Pizzaiadpizzaia@esalq.usp.br