Caracterização molecular e bioquímica da biossíntese de antocianinas em Eugenia uniflora (l.) provenientes de ambientes heterogêneos

Abstract

A produção de antocianinas, pigmentos flavonoides fundamentais para a adaptação das plantas a diferentes condições ambientais, é regulada por vias biossintéticas altamente conservadas e sujeitas à influência de fatores ecológicos. Eugenia uniflora (Myrtaceae), espécie nativa e amplamente distribuída em ambientes heterogêneos do Brasil, destaca-se como modelo para estudos de plasticidade adaptativa devido à sua capacidade de colonizar ecossistemas contrastantes como restinga e mata ciliar. Este trabalho teve como objetivo analisar a variabilidade da composição de antocianinas em folhas de E. uniflora provenientes desses ambientes e caracterizar, em nível molecular e bioquímico, os principais genes envolvidos em sua biossíntese. Foram utilizadas abordagens integradas de biologia molecular, bioquímica e bioinformática. Identificaram-se sequências homólogas dos genes F3H, F3′H, F3′5′H, DFR, ANS e UFGT no genoma e transcritoma da espécie, seguidas de análises filogenéticas e de estrutura proteica para confirmar sua identidade e relações evolutivas com genes ortólogos de outras espécies vegetais. A caracterização in silico permitiu mapear domínios funcionais e motivos conservados, corroborando a conservação estrutural dos genes estudados. Análises de expressão gênica diferencial, realizadas a partir de dados de RNA-Seq em condições controle e sob estresse hídrico, revelaram variações marcantes na expressão dos genes da via, especialmente sob déficit hídrico, indicando plasticidade metabólica associada à resposta adaptativa de diferentes populações. A análise bioquímica por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) possibilitou a identificação e quantificação dos principais compostos antociânicos presentes nas folhas, destacando a delfinidina-3-O-glicosídeo como pigmento predominante, com diferenças significativas em sua concentração entre os ambientes estudados. A integração dos dados obtidos evidencia que a composição e o acúmulo de antocianinas em E. uniflora são fortemente modulados por fatores ambientais, refletindo tanto adaptações locais quanto a capacidade plástica da espécie. Os resultados demonstram o valor de E. uniflora como sistema modelo para investigações sobre a base genética da adaptação vegetal, oferecendo subsídios para estratégias de conservação e aplicações biotecnológicas, como o melhoramento de cultivares resistentes a estresses ambientais.

The production of anthocyanins, flavonoid pigments fundamental to plant adaptation to diverse environmental conditions, is regulated by highly conserved biosynthetic pathways and is subject to the influence of ecological factors. Eugenia uniflora (Myrtaceae), a native species widely distributed across heterogeneous Brazilian environments, stands out as a model for studies of adaptive plasticity due to its ability to colonize contrasting ecosystems such as restinga and riparian forests. This study aimed to analyze the variability of anthocyanin composition in E. uniflora leaves from these environments and to characterize, at the molecular and biochemical levels, the main genes involved in their biosynthesis. Integrated approaches in molecular biology, biochemistry, and bioinformatics were employed. Homologous sequences of the genes F3H, F3′H, F3′5′H, DFR, ANS, and UFGT were identified in the genome and transcriptome of the species, followed by phylogenetic and protein structure analyses to confirm their identity and evolutionary relationships with orthologous genes from other plant species. In silico characterization enabled the mapping of functional domains and conserved motifs, corroborating the structural conservation of the studied genes. Differential gene expression analyses, performed using RNA-Seq data under control and drought stress conditions, revealed marked variations in the expression of pathway genes, particularly under water deficit, indicating metabolic plasticity associated with the adaptive response of different populations. Biochemical analysis using high- performance liquid chromatography (HPLC) allowed the identification and quantification of the main anthocyanin compounds present in the leaves, highlighting delphinidin-3-O- glucoside as the predominant pigment, with significant differences in its concentration between the studied environments. The integration of the obtained data demonstrates that the composition and accumulation of anthocyanins in E. uniflora are strongly modulated by environmental factors, reflecting both local adaptations and the plastic capacity of the species. The results demonstrate the value of E. uniflora as a model system for investigating the genetic basis of plant adaptation, providing support for conservation strategies and biotechnological applications, such as the improvement of cultivars resistant to environmental stresses.