Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/38405
Type: Dissertação
Title: Caracterização molecular de um novo alelo do gene ZmMATE1 que confere tolerância ao alumínio em milho
Authors: Marcella Baroni de Resende Costa
First Advisor: Claudia Teixeira Guimarães
First Referee: Maria Bernadete Lovato
Second Referee: Sylvia Moraes de Sousa
Third Referee: Marcel Giovani Costa França
Abstract: Uma das principais restrições à produção de grãos em vários países tropicais é a alta toxidez de alumínio (Al) nos solos ácidos, que limita o crescimento das raízes prejudicando a absorção de água e nutrientes. Em milho (Zea mays L.), a tolerância ao Al é uma característica complexa que envolve vários genes, dos quais o gene ZmMATE1 foi o único caracterizado até o momento como responsável pela tolerância ao Al. Esse gene é homólogo ao SbMATE de sorgo que codifica um transportador de membrana que promove a liberação de citrato nos ápices radiculares, formando compostos estáveis não tóxicos com o Al3+ presente na solução do solo. A ocorrência de três cópias em tandem do gene ZmMATE1 foi associada com os maiores níveis de expressão desse gene e da tolerância ao Al em uma população derivada da linhagem Cateto Al237, altamente tolerante. Entretanto, a linhagem de milho L228-3 apresenta apenas uma cópia do ZmMATE1 e altos níveis de expressão do gene, comparáveis aqueles observados em Cateto Al237. Com isso, o objetivo desse trabalho foi caracterizar as bases moleculares do alelo do gene ZmMATE1 derivado da linhagem elite L228-3. A análise de regressão entre um marcador molecular na região promotora do ZmMATE1 e o crescimento relativo da raiz seminal mostrou que o alelo derivado da L228-3 foi responsável por 22,17% da tolerância ao Al em uma população F2. Uma análise de expressão detalhada mostrou que o alelo do ZmMATE1 foi induzido pelo Al após 1 hora no ápice radicular, apresentando um perfil de expressão similar ao do alelo derivado de Cateto Al237. Por meio do sequenciamento e de predições in silico de uma região de -2710 pares de base em relação ao códon de iniciação do ZmMATE1, foi identificado um SNP (Polimorfismo de Nucleotídeo Único) entre a L53 e as linhagens tolerantes flanqueando ou dentro de regiões conservadas para ligação de fatores de transcrição, ugerindo que esse SNP pode controlar a expressão do ZmMATE1. A amplificação, clonagem e sequenciamento da região 5’ não-traduzida (5’UTR) revelou a existência de diferentes sítios de início da transcrição para o ZmMATE1, uma vez que foram identificados fragmentos de diferentes tamanhos e com polimorfismos de sequência nas três linhagens. Tais resultados sugerem um provável mecanismo de controle da expressão do ZmMATE1. Finalmente, foi analisada a expressão de genes candidatos que codificam fatores de transcrição com similaridade de sequência aos genes STOP1, ART1, SbZNF1 e SbWRKY1 que atuam na regulação de genes envolvidos na tolerância ao Al em outras espécies. Um dos genes com domínio DHHC apresentou um perfil de expressão compatível com o esperado para um repressor da expressão do ZmMATE1. Assim, esses resultados serão alvos para estudos complementares visando elucidar os possíveis mecanismos de controle da expressão do ZmMATE1 e da tolerância ao Al em milho.
Abstract: One of the major constraints to grain yield in tropical countries is the aluminum (Al) toxicity on acid soils, which limits root growth and impairs water and mineral nutrient uptake. In maize (Zea mays L.), Al tolerance is a complex trait that involves several genes, of which ZmMATE1 was the only one characterized as responsible for Al tolerance. This gene is homolog to sorghum SbMATE, which encodes a membrane transporter that mediates citrate exudation in root apices and forms stable non-toxic compounds when combined with Al3+ in the soil solution. The occurrence of three copies in tandem of ZmMATE1 was associated with high levels of expression of this gene and with Al tolerance in a population derived from Cateto Al237, a highly Al-tolerant line. Nonetheless, the maize line L228-3 shows only one copy of ZmMATE1 and high expression levels of this gene, comparable to those observed in Cateto Al237. Therefore, this study aimed to characterize the molecular basis of the ZmMATE1 allele derived from the elite maize line L228-3. Regression analysis between a molecular marker in the ZmMATE1 promoter region and the relative growth of the seminal root showed that the allele derived from L228-3 was responsible for 22.17% of Al tolerance in an F2 population. A detailed expression analysis showed that this allele was induced by Al after 1 hour in the root tips and in the rest of the root, showing an expression profile similar to the allele derived from Cateto Al237. Sequencing and in silico predictions of -2710 base pairs to the start codon of ZmMATE1 identified a SNP (Single Nucleotide Polymorphism) between L53 and the Al-tolerant lines flanking or co-localized to conserved binding regions of transcription factors, suggesting that this SNP may control ZmMATE1 expression. Amplification, cloning and sequencing of the 5' untranslated region (5'UTR) revealed the presence of different transcriptional start sites for ZmMATE1, once fragments of different sizes and polymorphisms were identified among the three lines. These results indicate a possible control of ZmMATE1 expression. Finally, the expression pattern of candidate genes encoding transcription factors with sequence similarity to STOP1, ART1, SbZNF1 and SbWRKY1 were evaluated. These transcription factors regulate the expression of genes involved in the Al tolerance in other species. One of the genes with DHHC domain presented an expression profile compatible with a putative repressor of ZmMATE1 expression. Thus, these results are new targets for complementary studies aiming to disclose the mechanisms controlling ZmMATE1 expression and Al tolerance in maize.
Subject: Expressão gênica
Milho - genética
Alumínio
Acidez do solo
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICB - DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA GERAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Genética
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/38405
Issue Date: 31-Jul-2017
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

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