A evolução do gene MIR no gênero Oryza

Abstract

O arroz ( Oryza sativa ) é tanto uma espécie modelo para a biologia vegetal, especialmente para as monocotiledôneas da família Poaceae , quanto uma espécie cultivada de grande importância comercial, sendo a base da alimentação de metade da população mundial. O arroz faz parte do gênero Oryza , composto por outras 23 espécies selvagens e uma espécie domesticada, que recentemente vem sendo exploradas como potenciais reservatórios de diversidade genética para melhoramento do arroz cultivado. Genomas das espécies diploides já foram sequenciados, tornando o gênero Oryza um gênero-modelo para estudos evolutivos. Neste trabalho, utilizamos os dados genômicos disponíveis para entender a evolução do gene MIR ( Mitochondrial Iron-Responsive Gene ), até então considerado órfão (i.e., presente apenas na espécie Oryza sativa ). Genes órfãos e genes restritos taxonomicamente são novidades evolutivas, e auxiliam na compreensão de como genes são originados. Aqui, nós mostramos que o gene MIR está presente em outras espécies do gênero Oryza , sendo restrito à um subconjunto de espécies mais próximas de Oryza sativa . Também sugerimos que MIR tem sua origem a partir de sequências não codificantes, presentes em ancestrais comuns das espécies de genoma AA (i.e., com genoma organizado de maneira similar a Oryza sativa ) e também em espécies mais distantes. Além disso, nossos dados indicam que estas sequências não codificantes são derivadas de um fragmento de éxon de genes de Rafinose Sintase, presente em diversos grupos de monocotiledôneas. Também mostramos que os genes MIR são regulados por deficiência de Fe, e que essa característica é conservada em quase todas as espécies que contém um gene MIR potencialmente funcional, exceto em Oryza barthii , em cujo genoma MIR foi translocado para outra posição e separado de sua região regulatória. Este trabalho mostra que MIR não é um gene órfão, mas restrito taxonomicamente, e que permanece sofrendo alterações que podem impactar na sua função sob deficiência de Fe.

Rice ( Oryza sativa ) is both a model species for plant biology, especially for monocots from the Poaceae Family, and a cultivated species of great commercial relevance, being a basic food source for half of the world population. Rice is part of the Oryza genus, composed of another 23 wild species and another domesticated species, which recently have been explored as potential reservoirs of genetic diversity for cultivated rice breeding. Genomes of the diploid species have been already sequenced, making Oryza a model-genus for evolutionary studies. In this work, we used available genomic data to understand the evolution of the MIR ( Mitochondrial Iron-Responsive Gene ) gene, which was considered an orphan gene (i.e., found only in the species Oryza sativa ). Orphan and taxonomically restricted genes are evolutionary novelties, and help to understand how genes are originated. Here we showed that MIR is present in other species of the Oryza genus, being restricted to a subclade of species closely related to Oryza sativa . We also suggest that MIR has its origin from non coding sequences also found in common ancestors to species that harbor AA genomes (i.e., species with a similar genomic organization to Oryza sativa ) as well as more distantly related species. Moreover, our data indicate that these non coding sequences are derived from an exon fragment of Raffinose Synthase genes, which is present in several groups of monocots. We also showed that MIR genes are regulated by Fe deficiency, a characteristic that is conserved in all species that have a putative functional MIR , with the exception of Oryza barthii , in which MIR coding sequence was translocated to another position and separated from its regulatory region. This work shows that MIR is not an orphan gene, but rather taxonomically restricted, and that it is undergoing genomic changes that can impact its role in Fe deficiency.