Avaliação do marcador nuclear ITS para estudos evolutivos de espécies do gênero Passiflora L. (Passifloraceae)

Abstract

O gênero pantropical Passiflora L. possui cerca de 520 espécies que apresentam grande diversidade de caracteres florais e foliares, o que contribui para a complexidade taxonômica do grupo. A atual revisão infragenérica do gênero baseia-se em dados morfológicos e ecológicos e divide Passiflora em quatro subgêneros. Os espaçadores internos transcritos do DNA ribossomal nuclear (ITS1 e ITS2) são utilizados em estudos filogenéticos em grupos vegetais desde a década de 1990 e se tornaram um dos marcadores mais utilizados para estas inferências. Em Passiflora, foram conduzidos estudos com diferentes abordagens utilizando estas regiões, demonstrando a contribuição deste marcador para estudos evolutivos em espécies do gênero. Muitos estudos têm sido realizados em grupos vegetais considerando o uso da estrutura secundária das regiões ITS para aprimorar os alinhamentos das sequências e, consequentemente, possibilitando uma melhor inferência filogenética. Porém, a conservação das estruturas secundárias sugere a existência de uma pressão seletiva para que estas estruturas se mantenham preservadas, o que pode comprometer as inferências filogenéticas. Além da utilidade em estudos filogenéticos de plantas, as sequências dos ITS também apresentam potencial para ser usado como DNA barcoding em diferentes grupos vegetais. Para avaliar o uso potencial das estruturas secundárias das sequências de ITS1 e ITS2 para incrementar os alinhamentos destas sequências para estudos evolutivos em espécies de Passiflora e determinar sua capacidade em distinguir espécies do gênero, foram analisadas 222 espécies dos quatro subgêneros de Passiflora. As análises de modelagem mostraram que as regiões de ITS1 e ITS2 estão sob pressão seletiva para manter suas estruturas secundárias e que a conservação de motivos específicos pode aprimorar os alinhamentos de Passiflora e, consequentemente, as análises filogenéticas neste gênero. Nossos resultados também mostraram o potencial destas sequências como DNA barcoding, uma vez que elas foram capazes de distinguir mais 50% das espécies dos subgêneros, diferentemente de outros marcadores. Como em outros estudos envolvendo ITS, aqui também foi demonstrada a utilidade deste marcador nas análises evolutivas envolvendo espécies de Passiflora.

Pantropical genus Passiflora L. comprises about 520 species that exhibit great diversity of flower and leaf characters, which contributes to the taxonomic complexity of the group. The current infrageneric classification of the genus is based on morphological and ecological data and divided Passiflora in four subgenera. The nuclear ribosomal DNA internal transcribed spacers (ITS1 and ITS2) are used for phylogenetic studies in plant groups since the 1990s and became one of the most used markers for these inferences. In Passiflora, several studies were conducted with different approaches using these regions, demonstrating the contribution of this marker for evolutionary studies in the genus. Many studies have been carried out on plant groups considering the use of the secondary structure of ITS region to improve alignments of sequences and consequently providing better phylogenetic inference. However, secondary structures conservation suggests the existence of a selective pressure for these structures remain preserved, which can compromise phylogenetic inferences. Besides the use in phylogenetic studies of plants, the sequences of ITS also have potential to be used as DNA barcoding in different plant groups. To evaluate the potential use of ITS1 and ITS2 secondary structures to improve alignments of these sequences for evolutionary studies in Passiflora species and determine the effectiveness of these sequences to distinguish species from genus, 222 species from all four Passiflora subgenera were analyzed. Secondary structure analysis shown that ITS1 and ITS2 regions are under selective constrains to maintain their secondary structures and also specific conserved motifs could be useful to improve Passiflora alignments, and consequently the phylogenetic analysis of this genus. Our results also demonstrate the potential use of ITS1 and ITS2 sequences for DNA barcoding studies, as well as those sequences were able to distinguish more than 50% of species, differently of other markers. As in other studies involving this marker, here was also demonstrated the utility of ITS in evolutionary analyzes involving Passiflora species.