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Análise transcricional dos genes envolvidos na nodulação e predição in silico de microRNAs em raízes de soja inoculadas com a estirpe CPAC 15 de Bradyrhizobium japonicum

By Gesiele Almeida Barros de Carvalho

Abstract

A fixação biológica de nitrogênio é um processo de grande importância para a cultura da soja, capaz de suprir toda sua demanda de nitrogênio, necessário para a síntese de biomoléculas. Entretanto, para que os nódulos sejam formados todas as etapas devem ser estreitamente coordenadas por uma série de sinais moleculares entre a planta e a bactéria. Consequentemente, o processo envolve várias etapas complexas e, embora venha sendo estudado há várias décadas, ainda há muito para ser entendido. Este trabalho objetivou analisar a expressão global de genes expressos diferencialmente nas raízes de soja, cultivar Conquista, inoculadas com Bradyrhizobium japonicum estirpe CPAC 15 (=SEMIA 5079), ambas amplamente utilizadas no cultivo dessa leguminosa no Brasil. O estudo visou, ainda, predizer computacionalmente novos miRNAs que possam estar envolvidos na regulação da simbiose. Para atingir tal objetivo foi utilizada a técnica de hibridização subtrativa supressiva, combinada com o sequenciamento de nova geração e análises de bioinformática, o que resultou em uma biblioteca subtrativa (inoculadas X não-inoculadas) de raízes de soja com 3.210 transcritos diferencialmente expressos. Os dados foram analisados de acordo com as ontologias de função molecular e processo biológico. Em seguida, foram analisadas as vias metabólicas mais ativas nessa etapa da nodulação, e foram enfatizados genes relacionados ao metabolismo primário, às modificações da parede celular e ao sistema de defesa antioxidante. Funções putativas na simbiose de alguns desses genes foram atribuídas pela primeira vez na simbiose soja-Bradyrhizobium. Foi também realizada uma minuciosa predição in silico de miRNAs e seus alvos que, possivelmente, estão envolvidos na regulação da nodulação. Foram identificados nove miRNAs potenciais, bem como seus possíveis genes alvos. Os resultados obtidos permitiram obter um melhor entendimento sobre a regulação da expressão gênica em soja dez dias pós-inoculação, bem como fortaleceram a ideia de que a predição computacional de miRNAs pode auxiliar na compreensão das etapas iniciais da simbiose. O estudo é pioneiro com uma cultivar de soja e estirpe brasileiras.Biological nitrogen fixation is a process of great importance to the soybean crop, capable of supplying all plant's needs on nitrogen, necessary for the synthesis of biomolecules. However, for nodule formation all steps should be closely coordinated by a series of molecular signals between the plant and bacterium. Therefore, the biological process involves several complex steps, and although it has been studied for several decades, much remains to be understood. This study aimed to analyze the global expression of genes differentially expressed in soybean roots of cultivar Conquista inoculated with Bradyrhizobium japonicum strain CPAC 15 (=SEMIA 5079), both broadly used in Brazil. In addition, we performed a computationally prediction of new miRNAs that may be involved in regulating the process. To achieve this we used the suppressive subtractive hybridization technique combined with the new generation sequencing and bioinformatics analyses, which resulted in a subtractive library (non-inoculated X inoculated) of soybean roots with 3,210 differentially expressed transcripts. The data were grouped according to the ontology of molecular function and biological process. Next, we analyzed the most active metabolic pathways at this stage of nodulation, and emphasis was given to genes related to the primary metabolism, cell wall modifications and antioxidant defense system. Putative functions were attributed to some of these genes for the first time. We have also performed a detailed in silico prediction of miRNAs and their targets, which are possibly involved in regulation of nodulation. Nine potential miRNAs were identified, as well as the possible target genes. The results obtained have allowed to get a better understanding about the regulation of gene expression in soybean ten days post-inoculation, as well as have reinforced the idea that the computational prediction of miRNAs may help to understand the initial steps of the symbiosis. Moreover, the study is pioneer with a Brazilian soybean cultivar and a Brazilian Bradyrhizobium strain

Topics: Biotecnologia agrícola, Genética microbiana, Genética bacteriana, Microorganismos do solo, Biotecnologia vegetal, Agricultural biotechnology, Microbial genetics, Bacterial genetics, Soil microorganism, Plant biotechnology
Publisher: Universidade Estadual de Londrina. Centro de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia.
Year: 2012
OAI identifier: oai:agregador.ibict.br.BDTD_UEL:oai:uel.br:vtls000171444
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