Evolução molecular e aspectos estruturais de proteínas relacionadas à biosíntese de compostos orgânicos voláteis em Solanaceae

Abstract

A polinização é um processo fundamental para o aumento da diversidade genética entre espécies vegetais e a atração de agentes polinizadores é influenciada por diversos fatores como características morfológicas e fisiológicas florais, em especial a emissão de aromas. Esse trabalho é focado no estudo de duas proteínas envolvidas em rotas metabólicas de produção de compostos orgânicos voláteis em plantas, CFAT (conyferyl alcohol acyltransferase) e BPBT (benzoyl-CoA:benzyl alcohol/phenylethanol benzoyltransferase). Em especial, buscamos compreender aspectos evolutivos e estruturais dessas proteínas na família Solanaceae, entender sua evolução e suas funções, utilizando métodos de análise filogenética e modelagem molecular comparativa. O método probabilístico de Inferência Bayesiana foi utilizado para realizarmos a análise evolutiva de proteínas CFAT e de BPBT disponíveis em bancos de dados públicos. Sequências de Petunia x hybrida foram utilizadas como ponto de partida para a identificação de sequências homólogas em espécies da família Solanaceae. Os modelos da estrutura tridimensional de CFAT e BPBT foram obtidos através do método de modelagem molecular comparativa, utilizando a estrutura 3D da transferase de Panicum virgatum como molde. A árvore filogenética obtida inclui diversas enzimas contendo o domínio transferase e que desempenham diversos papéis biológicos dentro da família Solanaceae. Foi encontrada apenas uma sequência de CFAT disponível nos bancos de dados, pertencente à Petunia x hybrida, além de diversas sequências de BPBT pertencentes a espécies dos gêneros Nicotiana, Solanum e Capsicum. Os modelos teóricos da estrutura tridimensional de CFAT e BPBT foram obtidos com base na estrutura tridimensional do molde PvHCT2a (PDB ID: 5FAL A). As estruturas 3D de CFAT e BPBT são organizadas em 5 dois diferentes domínios e identificamos os resíduos de aminoácidos importantes para sua atividade proteica e interação com os respectivos substratos.

Specialization to different pollinators is an important process responsible for increasing the genetic diversity in plants. The morphological and physiological floral traits, mainly floral scent, can influence the pollination dynamics and select pollinator agents for each plant species. This work studied evolutionary and structural aspects of two proteins involved in metabolic pathways producing volatile organic compounds in plants, CFAT (conyferyl alcohol acyltransferase) e BPBT (benzoyl-CoA:benzyl alcohol/phenylethanol benzoyltransferase). The main objective was to better understand the evolutionary and sctructural aspects of these proteins in Solanaceae family, as well as their functions, using phylogenetic methods and the comparative molecular modeling technique. We have used the probabilistic method of Bayesian Inference to infer their evolutionary history using sequences from Petunia x hybrida as a query in public databanks to search for homologs in Solanaceae family. Theoretical three-dimensional models were obtained for CFAT and BPBT proteins using as template the 3D structure of a transferase from Petunia virgatum (PDB ID: 5FAL, chain A). The phylogenetic tree included several different enzymes with diverse biological roles in Solanaceae, all containing the transferase domain. We identified only one sequence of CFAT in the databanks, which belongs to Petunia x hybrida. Moreover, we found several BPBT sequences from Nicotiana, Solanum and Capsicum genera. The three-dimensional structures of CFAT and BPBT have two different domains and we have identified the amino acid residues important for the enzymatic activity and interaction with substrates.