Osmoprotetores do feijão-caupi : análise estrutural e funcional

Abstract

O feijão-caupi (Vigna unguiculata) é uma leguminosa cultivada em regiões áridas e semiáridas, que contém uma rica composição nutricional. Figura como um dos grãos de destacada importância para o cenário socioeconômico mundial. No entanto, a ocorrência de condições ambientais adversas pode afetar consideravelmente sua qualidade e produtividade. Neste sentido, estudos direcionados para avaliação dos mecanismos de defesa ou tolerância vegetal têm sido propostos visando estabelecer estratégias aplicáveis ao melhoramento e à biotecnologia, a fim de minimizar os danos decorrentes de estresses abióticos e bióticos. O presente trabalho objetivou identificar e caracterizar as diferentes classes de osmoprotetores em V. unguiculata sob desidratação radicular ou em folhas com estresses combinados (injúria+inoculação viral), inferindo sobre seus padrões de expressão, características funcionais e estruturais. Para tanto, foram geradas bibliotecas de RNA-Seq (Illumina HiSeq2500) usando os acessos Pingo de Ouro (tolerante ao déficit hídrico), Santo Inácio (sensível ao déficit hídrico), BR14-Mulato (resistente ao Cowpea severe mosaic virus – CPSMV e susceptível ao Cowpea aphid-borne mosaic virus – CABMV) e IT85F-2687 (resistente ao CABMV e susceptível ao CPSMV). Para o experimento de déficit hídrico, as coletas dos tecidos vegetais foram realizadas nos tempos de 25 minutos, 75 minutos e 150 minutos após a imposição do estresse. Para o ensaio das viroses, foram realizadas coletas com 30 minutos, 60 minutos e 16 horas após a inoculação. Inicialmente, foram realizadas análises in silico visando selecionar sequências sondas das quatro classes de osmoprotetores. Foram obtidas 664 sequências, que foram submetidas a um BLAST local contra o transcriptoma de V. unguiculata e traduzidas para aminoácidos, totalizando 1325 transcritos homólogos associados a osmoprotetores. A análise de domínios conservados identificou 44 candidatos com domínio P5CS, 2 P5CR, 5 BADH, 7 CMO, 11 IMP, 32 MIPS, 30 TPP, 56 TPS e 22 TPS. A caracterização físico-química indicou que a maioria dos candidatos estavam localizados no citoplasma. Alinhamentos múltiplos realizados com as sequências de V. unguiculata e seus ortólogos permitiram identificar padrões conservados importantes para o funcionamento dessas proteínas. As árvores fenéticas de de osmoprotetores demonstraram o agrupamento das sequências de V. unguiculata com outras espécies da família Fabaceae, comprovando sua similaridade e apontando a conservação dessas proteínas. 31 genes ancoraram nos 11 cromossomos do genoma de referência do feijão- caupi. A variedade estrutural observada a partir da ferramenta GSDS identificou a conformação de éxons e íntrons nos genes associados às quatro classes de osmoprotetores. De acordo com a ferramenta MEME e TOMTOM, os fatores de transcrição ZF-HD e BHLH são importantes para a regulação de genes associados a osmoprotetores sob situações de estresse. O perfil transcricional indicou que a maioria das classes de osmoprotetores participam do processo de defesa/tolerância em V. unguiculata sob múltiplos estresses. Entretanto, sua expressão é mais acentuada sob déficit hídrico em tempos tardios (150 minutos). Os resultados obtidos permitiram ampliar o conhecimento de osmoprotetores em V. unguiculata sob múltiplos estresses e são de grande valia para aplicação desses candidatos no melhoramento genético da espécie e de outras leguminosas de importância agrícola.