Clonagem e análise de expressão de sequências candidatas a ALMT1 e STOP1 em aveia (Avena sativa L.)

Abstract

A presença de alumínio fitotóxico (Al) é característico de solos ácidos e um dos principais fatores de baixa produtividade das culturas nesses solos. A tolerância das espécies vegetais ao Al pode ser governada por diferentes genes. Os objetivos deste trabalho foram (i) comprovar que a aveia possui genes homólogos a outras espécies de gramíneas para tolerância ao Al por meio da identificação de sequências similares aos genes STOP1 e ALMT1; (ii) clonar essas sequências nos genótipos de aveia UFGRS 17 (tolerante) e UFRGS 930598-6 (sensível); (iii) identificar as regiões exônicas nas sequências; (iv) comparar as sequências entre os genótipos buscando identificar polimorfismos; (v) verificar a sequência proteica predita e possíveis diferenças de conformação e alterações em domínios de importância para a atividade proteica; (vi) avaliar a funcionalidade das sequências clonadas similares a STOP1 e ALMT1 no ápice radicular por meio da verificação da expressão relativa dos genes em condições normais e em estresse por Al e baixo pH. A identificação e caracterização de sequência homóloga a STOP1 mostrou que esse está presente em mais de uma cópia no genoma da aveia. As sequências encontradas não possuem íntrons. Duas sequências proteicas foram preditas para cada genótipo. Maiores diferenças foram encontradas em uma sequência presente em UFRGS 930598-6. Quatro potenciais domínios dedo de zinco foram detectados nas sequências obtidas. A avaliação da expressão relativa geral de STOP1 na situação controle, estresse por baixo pH e Al sugere funcionalidade de STOP1. As sequências de aveia estão mais próximas daquelas encontradas no gênero Triticum. O gene ALMT1 foi parcialmente sequenciado neste estudo comprovando a existência de mais de uma cópia no genoma da aveia. Foram preditos seis éxons e cinco íntrons. Seis domínios transmembranas próximos a região de terminação N foram identificados. Em UFRGS 930598-6, a predição proteica sugere pelo menos uma proteína truncada e outra funcional. A análise de expressão geral sugere que, em aveia, ALMT1 só é expresso quando exposto em condições de estresse por Al.

The presence of toxic aluminum (Al) is a feature of acid soils and one of the main constrains for crop productivity. Different genes can control Al plant’s tolerance. This work aims at to: i) prove that oat has Al tolerance homologues genes to other grasses species through the identification of similar sequences of STOP1 and ALMT1; ii) clone, characterize and compare the sequences in UFRGS 17 and UFRGS 930598-6 genotypes (that are contrasting to Al tolerance); iii) identify exons regions; iv) compare the sequences between genotypes looking for polymorphisms; v) predict the protein sequences and look for changes in domains that are important for the protein functionality; vi) evaluate the functionality of the cloned STOP1 and ALMT1 sequences into the root apex by verifying the gene’s relative expression in normal conditions and under Al and proton stress. The identification and characterization of the STOP1 sequence showed that the gene is present in more than one sequence along the oat genome. Introns were not found. Two proteins were proposed for each genotype. Significant differences were found only in one copy in UFRGS 930598-6. Four potential zinc finger domains were identified in the sequences. The relative general gene expression suggests functionality of STOP1 in root apex and expression at all tested conditions. The sequences were more similar to those found in the Triticum genus. The ALMT1 gene was partially sequenced and the results showed that the gene is also present in more than one copy in oat genome. The sequences were composed of six exons and five introns. Six transmembrane domains were identified close to the N terminus region. In UFRGS 930598-6 the predicted proteins suggest at least one truncated protein and another functional. The relative expression of ALMT1 suggests that the gene is expressed only in Al stress situations.