Avaliação bioinformática de DNAs de origem viral em Capsicum

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AVALIAÇÃO BIOINFORMÁTICA DE DNAS DE ORIGEM VIRAL EM
CAPSICUM
Daniel Peres de Oliveira (Bolsa: Fundação Araucária) e Andre Luís Laforga
Vanzela. E-mail: [email protected]
Universidade Estadual de Londrina, Departamento de Biologia Geral/CCB
Área e sub-área do conhecimento
Ciências Biológicas, Genética
Palavras-chave
Capsicum, elementos de transposição, genomas.
Resumo
O gênero Capsicum L. (Solanaceae) tem cerca de 30 espécies, sendo cinco
domesticadas. O Brasil é um importante centro de diversidade do gênero e,
dentre as espécies domesticadas, Capsicum annuum (pimentão) está entre as
10 hortaliças economicamente mais importantes. Os programas de
melhoramento das pimenteiras visam o desenvolvimento de variedades mais
produtivas e resistentes a doenças, como a antracnose. O conteúdo de DNA
nas espécies de Capsicum varia de 3.32 a 5.77 pg, e esta diversidade envolve
famílias repetitivas de DNA, que é a maior fração dos genomas vegetais. Os
elementos de transposição são os principais representantes desta fração
repetitiva. Neste trabalho elementos de origem viral foram rastreados do
genoma sequenciado de Capsicum annuum, utilizando ferramentas de
bioinformática contra um banco de dados enriquecido frações de famílias de
DNA repetitivo (RepBase). Este genoma tem cerca de 80% de elementos
repetitivos, e destes, 95% é retrotransposon com LTR, 2,4% é retrotransposon
sem LTR, 1,4% é transposon e 1,2% é composto por elementos virais. Desses
últimos, os mais comuns foram Caulimovirus (0,6%) e Pararetrovirus (0,5%).
Elementos das linhagens Soymovirus, Cavemovirus e Badnavirus
representaram 0,1% da fração repetitiva.
Introdução
O gênero Capsicum L compreende cerca de 30 espécies, sendo cinco
domesticadas (C. annuum, C. baccatum, C. chinense, C. frutescens e C.
pubescens), e as demais reconhecidas como semidomesticadas e silvestres
(Moscone et al. 2007; Mongkolporn e Taylor 2011). Segundo Heiser (1979), a
domesticação das pimentas acarretou em mudanças na morfologia dos frutos,
os quais eram pequenos e decíduos e tornaram-se grandes, não-decíduos e
com diferentes cores. As espécies de Capsicum são cultivadas em todo o
mundo e são utilizadas de diferentes formas, como por exemplo, na culinária e
como plantas medicinais e ornamentais (Mongkolporn e Taylor 2011).
Estudos genéticos realizados nas espécies de Capsicum têm mostrado
uma estabilidade relativa nos números cromossômicos, com 2n = 24 e 2n = 26
(Pozzobon et al. 2006), mas uma grande diferença na ocorrência e
distribuição de DNAs repetitivos. A maior fração dos genomas vegetais é
composta por DNAs de natureza repetitiva, que são organizados em famílias
de acordo com o tamanho das sequências e com o modo de amplificação e
dispersão nos genomas (Treangen e Salzberg 2012). Exemplos são os
microsatélites, minisatélites e DNAs satélies, que não codificam para
polipeptídeos, bem como famílias repetitivas gênicas, como os transposons,
retrotransposons, e vírus inseridos, os quais se movimentam nos genomas
utilizando diferentes aparatos enzimáticos. O genoma do milho é ilustrativo
pois 80% deste é composto por elementos de transposição (Schnable et al.
2009). Qin et al. (2014) sequenciaram o genoma de Capsicum annuum, e
observaram que mais de 80% do genoma da pimenta é composto por famílias
de DNAs repetitivos.
O sequenciamento de nova geração tem produzido milhares de reads de
muitas espécies vegetais, criando um imenso volume de dados que permitem
buscar, anotar e entender de modo comparativo a distribuição das principais
sequências de DNAs repetitivos nos genomas de interesse. Assim sendo, o
objetivo deste trabalho foi utilizar ferramentas de bioinformática para rastrear e
quantificar as classes de vírus presentes no genoma de Capsicum annuum.
Materiais e métodos
O genoma sequenciado de Capsicum annunn foi acessado a partir do banco
de dados do NCBI (livre), do qual foi baixado por FTP o arquivo Cannuun.fasta.
Este arquivo foi contrastado contra um banco de dados compilado no LCDV
UEL (All_TEs_DB.fasta), contendo regiões proteicas conservadas dos
principais elementos de transposição e de vírus, presentes nos repositórios
Censor-giri, Gypsy-DB e NCBI. Para tal, foi utilizada uma linha de comando
para blastx local em ambiente Linux (Ubuntu 14.0). Os dados foram triados do
output por linhas de comando de filtragem em linguagem SED, AWK e GREP.
Os elementos repetitivos foram então organizados em Classes, Famílias e
Linhagens, de acordo com o GypsyDB, e tabulados no programa Gnumeric.
Resultados e discussão
Foram identificados 44503 fragmentos de elementos repetitivos contendo
genes, dos quais 97,4% representaram elementos de Classe I, com e sem
LTR, predominando retrotransposons das superfamílias copia 26% e gypsy
69%. Retrotransposons sem LTR foram 2,4%. Elementos de Classe II e vírus
inseridos apresentaram baixa ocorrência neste banco de dados, sendo
transposons com 1,4% e elementos virais com 1,2% (Figura 1).
Figura 1. Distribuição de elementos repetitivos no genoma de Capsicum.
Os elementos virais mais comuns foram Caulimovirus (0,6%) e Pararetrovirus
(0,5%). Elementos das linhagens Soymovirus, Cavemovirus e Badnavirus
representaram 0,1% da fração repetitiva.
Conclusão
Nossos resultados mostram que, assim como ocorre na maioria dos genomas
vegetais, os retrotransposons, que se utilizam de RNA intermediário para se
movimentar e acumular nos genomas, são predominantes. Os vírus inseridos,
embora utilizem um sistema enzimático similar, são pouco representativos ou
pouco funcionais, indicando que há um provável controle genético bloqueando
suas atividades, comparativamente aos retrotransposons.
Agradecimentos
ProPPG-UEL, Fundação Araucária e CNPq
Agradecimentos
HEISER, C.B.J. Peppers - Capsicum (Solanaceae). In: Simmonds, N.W. (ed.)
Evolution of crop plants. Longman, p.265-273, 1979.
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p 43-57. 2011.
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POZZOBON, M.T. et al.Chromosome numbers in wild and semidomesticated
Brazilian Capsicum L. (Solanaceae) species: do x=12 and x=13 represent
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SCHNABLE, P. S. et al. The B73 maize genome: complexity, diversity, and
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TREANGEN, T.J.; SALZBERG, S.L. Repetitive DNA and next-generation
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