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LGN 5799 - SEMINÁRIOS EM GENÉTICA E MELHORAMENTO DE PLANTAS
Programa de Pós-Graduação em Genética e
Melhoramento de Plantas
Departamento de GenéticaAvenida Pádua Dias, 11 - Caixa Postal 83, CEP: 13400-970 - Piracicaba - São Paulo - Brasil
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Variabilidade do conteúdo de DNA e evolução do cariótipo em gêneros de Alliaceae
de importância agronômica
Aluno: Daniel PizzaiaOrientadora: Margarida Lopes Rodrigues de Aguiar-Perecin
Características
Souza, 2008; APGII, 2003; Embrapa Hortaliças: www.cnph.embrapa.br
•Classe: Monocotyledones
•Ordem: Asparagales
•Família: Alliaceae
•Divergências: Liliaceae e Amaryllidaceae
•Possui 15 gêneros e cerca de 800 espécies
•Maioria dos gêneros: perenes e bulbosas
•Provável centro de origem: Paquistão e Irã
•Número básico de cromossomos: x= 7, 8 e 9
•Distribuição: desde o círculo polar Ártico até o continente europeu, Ásia, Américas e África
•Não ocorrência de Allium cepa em condições naturais
Importância Econômica
Souza, 2008; APGII, 2003; Embrapa Hortaliças
Agronômicas:
Cebola (A. cepa)Alho (A. sativum)Alho-porró (A. porrum)Cebolinha (A. fistulosum)
Ornamental:Tulbaghia violacea
Cebola em números:
•Produção mundial de US$ 6 bilhões anuais•Aumento de 25% na última década•Entre as culturas + importantes
Alho-bravo (invasora)Nothoscordum gracile
Por que estudar o conteúdo de DNA em Alliaceae?
Características citológicas favoráveis:
•Apresentam núcleos grandes
•Células meristemáticas não possuem metabólitos secundários que geram variações durante a mensuração
•Não possuem problemas com técnicas de mensuração de conteúdo de DNA
Baranyi e Greilhuber, 1999
Projeto de Mestrado(Programa Biota/FAPESP)
Família: SmilacaceaeGênero: Smilax
Smilax fluminensis (Pizzaia et al., 2007)
1C= lote haplóide
Não há relação entre a complexidade do organismo e a sua quantidade de DNA
Não há relação entre a quantidade de DNA e o número de genes presentes
Gregory, 2005
Paradoxo do Valor C
Gregory, 2005
Importância do Conteúdo de DNA
•Estimação do conteúdo de DNA: há + 50 anos•Entendimento da origem das espécies•Marcador taxonômico•Estudo de efeitos da variação do conteúdo de DNA sobre os organismos
•Número de espécies analisadas: cerca de 4100 espécies•Representa 1% das angiospermas
Ohri, 1998; Bennett e Leitch, 2005; Greilhuber, 2005
•Diferenças no conteúdo de DNA: podem estar correlacionadas a características adaptativas relativos ao núcleo, à célula, ao tecido e ao organismo
•Comparações do valor C contribui para o estabelecimento de relações evolutivas
•Ganho ou perda de DNA durante a especiação
Importância do Conteúdo de DNA
Ohri, 1998; Bennett e Leitch, 2005; Greilhuber, 2005
Dolezel et al., 1998; Dolezel e Bartos, 2005
Citometria de Fluxo, Densitometria de Feulgen e Análise de Imagem
Aplicações
Câncer
Imunologia
Ciclo Celular
Fitoplâncton
DNA
Cromossomos
Detecção de células anormais
Identificação de células relacionadas
Análise dos ciclos
Diferencia espécies
Quantificação
Isola os cromossomos de cada par
Bacal, 2003
Variações no Conteúdo de DNA
Condições ambientais
Intra-específica Inter-específica
Ohri, 1998; Bennett e Leitch, 2005; Greilhuber, 2005
Variação no Conteúdo de DNA Intra-específica
Adaptado de Baranyi e Greilhuber, 1999
Espécie 2n Ploidia 2C (pg)
Conteúdo de DNA Intra-específico
Van’t Hof (1965) ���� Allium cepa (2C= 33,55 pg)
� modelo de calibração das técnicas (Citometria de Fluxo e
Densitometria) para estudo das angiospermas
Bennett et al., 2000
Bennett et al., 2000
Conteúdo de DNA constante
Ailsa Craig
Nazik Red
Stuttgarter
TG-1015Y
Precedent
Canterbury
Variações Inter-específicas
A. ledebourianum A. ursinum2n=2x= 16 2C= 35,6 pg 2n=2x= 14 2C= 127,14 pg
Ohri, 1998
Investigar a evolução do conteúdo de DNA e do conteúdo de sequências ricas em GC, relacionadas à forma de vida (bulbo ou rizoma)
Citometria de Fluxo
30 espécies de Allium
Incluindo 3 Subgêneros: AlliumAmeralliumRhizirideum
Ricroch et al., 2005
Média de 39,9% de GC
Nucleotipo (Bennett, 1985) � alguns efeitos fenotípicos relacionados a massa nuclear, independentemente dos genes presentes
Adaptado de Baranyi e Greilhuber, 1998; Ohri, 2001
Tamanho do genoma e Fenologia
Angiospermas ���� Genomas grandes ���� Florescimento no início da primavera
Espécies 2n Ploidia 4C (pg) 2C (pg) PeríodoA. chinense 32 4x 130,8 - outonoA. thunbergii 32 4x 105,7 - final do verãoA. sativum 16 2x - 32,45 final do verãoA. heldreichii 16 2x - 32,29 Começo do verão
Espécies perenes Espécies anuais
Valor C Valor C
Elementos envolvidos nas variações no conteúdo de DNA
•DNAs repetitivos
•Rearranjos cromossômicos
•Cromossomos B
•Poliploidias
•Aneuploidias
Maioria das plantas
Menor fração: sequências regulatórias e de genes de cópia única
Maior fração: elementos de DNAs repetitivos
Variações dos motivos: dinucleotídeos a 10 mil pb
Podem ser separados por:grau de homologias de sequênciadistribuiçãoorganização
Kubis et al., 1998
1º grupo: encontradas preferencialmente em posições específicas:
Pericentromérica
Subtelomérica
Telomérica e regiões intercalares
Inclui: DNAs satélite, sequências teloméricas e DNAr
Distribuição de diferentes classes de DNA repetitivo
Kubis et al., 1998
2º grupo: sequências de DNA repetitivo dispersas ao longo dos cromossomos
Inclui: Blocos de heterocromatina, elementos móveis (transposons e retrotransposons), SINEs e LINEs
Retrotransposons: representam 50% do DNA nuclear das plantas
DNAr 5SPosição preferencial
Sequência teloméricaPosição preferencial
Pich e Schubert, 1998; Shibata e Hizume, 2002
A. cepa2C= 33,55 pg2n= 16
A.fistulosum2C= 23,5 pg2n= 16Satélite de 387 pbPosição preferencial
Fesenko et al., 2002
Retrotransposon Ty1-cópiaDisperso uniformemente
Beterraba (Beta vulgaris)
2n=2x=18 1C= 0,8 pg (760 Mpb)63% de DNA repetitivo
Kubis et al., 1998
Lee et al., 1999
A. fistulosumRNAr 5S + espaçador 320 pb
Lee et al., 1999
B (A. cepa) + C (A. fistulosum)= F (A. wakegi)
A + A= G (A. deltoide) (por hibridação)
B + B= H (A. senescens)
Subgênero Rhizirideum
Unidades repetitivas de DNAr 5S
���� ↑↑↑↑ conservadas ���� 350 pb
Espaçadores ���� variam Shibata e Hizume, 2002
Shibata e Hizume, 2002
A. cepaDNAr 5S de 530 pb - vermelhoCromossomo 7
A. schoenoprasumDNAr 5S de 530 pb – verdeDNAr 5S de 350 pb – vermelhoCromossomo 6
Subgênero Rhizirideum – 350 pb � caráter primitivo
Espécies com 530 pb � derivadas
Espaçadores � diferem
Caráter que evoluiu independentemente após a diferenciação das 2 espécies
Bennett e Leitch, 2005; Greilhuber, 2005; Ohri, 1998
•Importante mecanismo citogenético na evolução das plantas
•70% das angiospermas são poliplóides
•O Valor C aumenta com o grau de ploidia?
•Em anfidiplóides é correto somar o Valor C dos parentais ?
Depende da espécie em estudo
Tamanho do Genoma e Poliploidia
Tamanho do Genoma e Poliploidia
Ricroch et al., 2005
Espécie Ploidia 2n 1C DNA (pg)A.paradoxumA. cernnumA.zebdanense
A.montanumA. senescensA. nutansA. cyaneumA. eltyncoticum
2x2x2x
4x4x4x4x4x
161418
3232323232
26,7523,2519,20
10,8010,9010,5011,607,00
Considerações Finais
• Conteúdo de DNA
���� contribuição para taxonomia e evolução
• Alliaceae: variações intra e inter-específicas
• Elementos de posição definida: + utilizados
para evolução de Alliaceae
• Oportunidade: elementos dispersos nos
cromossomos
Obrigado
Daniel [email protected]