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Tipo: Tese de Doutorado
Título: Caracterização de fatores regulatórios determinantes dos efeitos alélicos do gene de tolerância ao alumínio SbMATE em sorgo
Autor(es): Janaina de Oliveira Melo
Primeiro Orientador: Jurandir Vieira de Magalhaes
Primeiro Coorientador: Claudia Teixeira Guimaraes
Primeiro membro da banca : Eduardo Martin Tarazona Santos
Segundo membro da banca: Gloria Regina Franco
Terceiro membro da banca: Elizabeth Pacheco Batista Fontes 
Quarto membro da banca: Marcio de Castro Silva Filho
Quinto membro da banca: Claudia Teixeira Guimaraes
Resumo: A toxidez causada pelo alumínio (Al) é um dos fatores mais limitantes à produtividade agrícola em solos ácidos. A tolerância ao Al em sorgo é conferida pelo gene SbMATE, que reside no loco AltSB mapeado no cromossomo 3. SbMATE codifica um transportador de citrato ativado por Al. Em trabalhos prévios, foram encontrados polimorfismos no promotor e nos introns do gene SbMATE sugerindo a natureza regulatória das mutações causativas. Dessa forma, o presente trabalho teve como objetivo principal caracterizar o modo de atuação, em cis e/ou em trans, dos fatores regulatórios que afetam a expressão do gene SbMATE em sorgo. Linhagens semi-isogênicas (near isogenic lines, NILs) foram geradas a partir da introgressão do loco AltSB de linhagens apresentando diferentes níveis de tolerância no background genético da linhagem BR012, sensível ao Al. Uma redução da tolerância ao Al e da expressão do gene SbMATE foi verificada nas linhagens semi-isogênicas em relação às linhagens parentais, indicando a importância de fatores regulatórios agindo em trans. Além disso, a variabilidade alélica observada nas NILs indicou a regulação também em cis. Neste trabalho também foi verificada a ocorrência de diferentes formas de splicing alternativo do gene SbMATE que apresentaram indução por Al e pelo tempo de exposição ao metal nas linhagens tolerantes. A sequência do gene SbMATE de diferentes linhagens de sorgo foi caracterizada e os resultados revelaram o monomorfismo da região codificadora nas linhagens estudas. Entretanto, no primeiro exon do gene SbMATE da linhagem SC566, que apresenta alta tolerância ao Al e expressão de SbMATE, foi identificado um SNP. Genótipos híbridos foram gerados entre a linhagem SC566 e linhagens diferindo no nível de tolerância ao Al, e entre a linhagem semi-isogênica ISO-SC566 e diferentes linhagens semiisogênicas. Grande plasticidade no modo de ação gênica foi observado analisando-se a expressão conjunta dos dois alelos de SbMATE nos híbridos analisados, incluindo efeito de sobredominância. O SNP identificado em SC566 foi utilizado para o desenvolvimento de um ensaio de expressão alelo-específica com a finalidade de monitorar, de forma concomitante, a expressão dos alelos do gene SbMATE nos híbridos. A expressão do alelo proveniente dos parentais sensíveis foi induzida nos híbridos, resultando em complementação do fenótipo de baixa expressão observada nas linhagens sensíveis. Diferindo desse resultado, uma redução da expressão do alelo sensível foi verificada nos híbridos derivados do cruzamento entre linhagens semi-isogênicas, nos quais somente o loco AltSB encontra-se em heterozigose, sendo o restante do genoma pertencente a linhagem BR012. Assim, esses resultados sugeriram que a linhagem SC566 possui transfatores, localizados fora do loco AltSB, que podem aumentar a expressão do alelo sensível. Os resultados são também compatíveis com um efeito de sobredominância causado pela indução de alelos sensíveis por transfatores doados por SC566. Os resultados gerados neste trabalho contribuirão para a formulação de estratégias avançadas de melhoramento molecular da tolerância ao Al em sorgo.
Abstract: Aluminum (Al) toxicity is one of the major factors limiting crop yield on acid soils. Al tolerance in sorghum is conferred by the AltSB locus, which is located on chromosome 3. Within AltSB, SbMATE encodes an Al-activated citrate transporter that underlies Al tolerance. Polymorphisms were previously found in the promoter and within introns, suggesting that causative mutations associated with Al tolerance are mainly regulatory in nature. Thus, the aim of the present study was to characterize the mode of action of regulatory effects, whether acting in cis and/or trans to modulate the expression of sorghum SbMATE. Near isogenic lines (NILs) were generated by introgressing the AltSB locus from donors showing different levels of Al tolerance into the background of BR012, an Al sensitive line. A reduction in both Al tolerance and SbMATE expression was observed in the NILs when compared with the respective parental lines, indicating the importance of trans-acting factors. In addition, the extensive allelic variability observed in NILs for Al tolerance indicated a role also for cisacting factors. This work has also uncovered the occurrence of alternative splicing of SbMATE. The different isoforms were induced by Al treatment with expression increasing as the time of exposure to the metal progressed, particularly in tolerant lines. The SbMATE sequence of different sorghum lines was characterized and the coding region was in general identical between lines. However, a single SNP was identified in the first exon of SC566, a highly tolerant line. Hybrids between SC566 and lines differing to their degree of Al tolerance and SbMATE expression were generated. In addition, a NIL harboring the SC566 allele was crossed to other NILs on the same background. Extensive plasticity in mode of gene action was observed from the global expression analysis of both SbMATE alleles in the hybrids, including the detection of overdominance. The SNP identified in SC566 was used to develop an allele-specific expression assay in order to analyze, simultaneously, the expression of each SbMATE allele in hybrid stocks. The expression of the allele coming from the Al sensitive parent was induced in the hybrids, complementing the low level of expression present in the Al sensitive parents. However, a reduction in expression of the Al sensitive allele was observed in hybrid stocks between the SC566-NIL and other NILs. In these stocks, only the AltSB locus was heterozygous with the rest of the genome belonging to the Al sensitive line, BR012. These results suggest that SC566 harbors trans-acting factors located out of the AltSB locus, which can complement the low expression phenotype observed in alleles derived from Al sensitive lines. The results are also compatible with overdominance being caused by induction in expression of the Al sensitive alleles caused by trans-acting factors donated by SC566. The results generated here will contribute to the formulation of advanced strategies of molecular breeding of Al tolerance in sorghum.
Assunto: Polimorfismo (Genética
Proteínas de transport
Aluminio Toxicologia
Genética
Sorgo
Expressão gênic
Idioma: Português
Editor: Universidade Federal de Minas Gerais
Sigla da Instituição: UFMG
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-8WAJMU
Data do documento: 25-Jun-2012
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