Phylogenetic relationships in Solanaceae and related species based on cpDNA sequence from plastid trnE-trnT region

Intergenic spacers of chloroplast DNA (cpDNA) are very useful in phylogenetic and population genetic studies of plant species, to study their potential integration in phylogenetic analysis. The non-coding trnE-trnT intergenic spacer of cpDNA was analyzed to assess the nucleotide sequence polymorphism of 16 Solanaceae species and to estimate its ability to contribute to the resolution of phylogenetic studies of this group. Multiple alignments of DNA sequences of trnE-trnT intergenic spacer made the identification of nucleotide variability in this region possible and the phylogeny was estimated by maximum parsimony and rooted with Convolvulaceae Ipomoea batalas, the most closely related family. Besides, this intergenic spacer was tested for the phylogenetic ability to differentiate taxonomic levels. For this purpose, species from four other families were analyzed and compared with Solanaceae species. Results confirmed polymorphism in the trnE-trnT region at different taxonomic levels

In silico analysis of Simple Sequence Repeats from chloroplast genomes of Solanaceae species

The availability of chloroplast genome (cpDNA) sequences of Atropa belladonna, Nicotiana sylvestris, N.tabacum, N. tomentosiformis, Solanum bulbocastanum, S. lycopersicum and S. tuberosum, which are Solanaceae species,allowed us to analyze the organization of cpSSRs in their genic and intergenic regions. In general, the number of cpSSRs incpDNA ranged from 161 in S. tuberosum to 226 in N. tabacum, and the number of intergenic cpSSRs was higher than geniccpSSRs. The mononucleotide repeats were the most frequent in studied species, but we also identified di-, tri-, tetra-, pentaandhexanucleotide repeats. Multiple alignments of all cpSSRs sequences from Solanaceae species made the identification ofnucleotide variability possible and the phylogeny was estimated by maximum parsimony. Our study showed that the plastomedatabase can be exploited for phylogenetic analysis and biotechnological approaches

Genetic transformation of sugarcane by biolistic and Agrobacterium tumefaciens to study the mechanism of programmed cell death

A cana-de-açúcar é uma das principais culturas agrícolas plantadas no Brasil e apresenta significativa importância sócio-econômica e agroindustrial ao país. O cenário mundial encontrase bastante favorável no que concerne à comercialização de seus dois principais produtos derivados, o açúcar e o álcool, impulsionando o desenvolvimento do setor sucroalcooleiro nacional. Neste sentido, o melhoramento genético da cana-de-açúcar aparece como base fundamental para o desenvolvimento de novas variedades para a manutenção e incremento dos agronegócios da agroindústria sucroalcooleira. Técnicas de engenharia genética, como a transformação genética nuclear, estão trazendo excelentes resultados no melhoramento genético da cultura, permitindo diminuir o custo e o tempo de obtenção de novas variedades. Baseando-se na importância em se obter variedades tolerantes a diferentes estresses bióticos e abióticos que induzem perturbações metabólicas e ativam o processo de morte celular programada, o presente trabalho teve por objetivo transformar geneticamente a variedade de cana-de-açúcar RB835089 com o cDNA do gene AtBI-1 isolado de Arabidopsis thaliana, visando suprimir a indução do mecanismo de morte celular sob condição de estresse. Para isto, calos embriogênicos foram utilizados como explante alvo, empregando-se dois métodos de transformação, a cotransformação por biolística, e o mediado por Agrobacterium tumefaciens no qual foram testadas duas técnicas: (a) inoculação direta dos calos em suspensão bacteriana; e (b) agrobiolística que é o bombardeamento dos calos com partículas de tungstênio seguido da inoculação em suspensão bacteriana. A proteína AtBI-1 (Bax inhibitor-1) apresenta homólogos em outros organismos e está localizada na membrana do retículo endoplasmático. Ela apresenta funções citoprotetoras modulando o mecanismo de morte celular programada induzida por estresses bióticos e abióticos. Como resultados deste trabalho, diferentes taxas de eficiência da transformação genética foram obtidas pelo método mediado por A. tumefaciens nas duas técnicas testadas, sendo que suas taxas foram superiores às alcançadas pelo método de co-transformação por biolística. A expressão heteróloga do cDNA do gene AtBI-1 em cana-de-açúcar atenuou a indução das vias de morte celular em presença do antibiótico tunicamicina, indutor do estresse no retículo endoplasmático, sendo comprovado pela maior tolerância ao estresse das plantas transgênicas quando comparadas com as plantas não transformadas que foram afetas no crescimento do sistema radicular, conteúdo de clorofila total, apresentando sintomas típicos de morte celular programada como clorose foliar e morfologia irregular das raízes, com consequente morte do sistema radicular.Sugarcane is one of the main crops planted in Brazil and presents significant socioeconomic and agribusiness importance to the country. The world scene is quite favorable as regards the marketing of its two main products, sugar and alcohol, driving the development of the national sugar-alcohol sector. Therefore, the sugarcane genetic breeding appears as the fundamental base for developing new varieties for the maintenance and increase of agribusiness in the sugarcane agroindustry. Genetic engineering techniques, such as the nuclear genetic transformation, are providing excellent results in genetic breeding of this crop allowing reducing the cost and time to obtain new varieties. Based on the importance of obtaining varieties tolerant to different biotic and abiotic stresses that induce metabolic disturbances and activate the process of programmed cell death, this work aimed to transform sugarcane variety RB835089 with the cDNA of AtBI-1 gene, isolated from Arabidopsis thaliana, to suppress the induction of the cell death mechanism under stress condition. For this, embryogenic calli were used as target explant, by using two methods of transformation, the cotransformation by biolistic, and mediated by Agrobacterium tumefaciens in which two techniques were tested: (a) direct inoculation of calli in bacterial suspension; (b) agrobiolistic which is the bombardment of calli with tungstein particles followed by inoculation in bacterial suspension. The AtBI-1 protein (Bax inhibitor-1) presents homologs in other organisms and is located in the endoplasmic reticulum membranes. It has cytoprotective functions by modulating the mechanism of programmed cell death induced by biotic and abiotic stresses. As results of this work, different efficiency rates in genetic transformation were obtained in the method mediated by A. tumefaciens in the two techniques tested, and that their rates were higher than those achieved using the cotransformation by biolistic. The heterologous expression of cDNA of AtBI-1 gene in sugarcane attenuated the induction of cell death pathways in the presence of tunicamycin antibiotic, an inducer of stress in the endoplasmic reticulum, being proven by the increased stress tolerance of transgenic plants compared with sugarcane wild type that were affected in the root growth, total chlorophyll content, showing typical symptoms of programmed cell death such as leaf chlorosis and irregular morphology of the roots, with subsequent death of the root system

Evolutive study of sugarcane species and hybrids by comparative analysis with others species of Poaceae family (rice, maize, sorghum and wheat) using regions of cloroplastidial genome

Nos últimos anos, o sequenciamento de nucleotídeos do genoma cloroplastidial esta sendo utilizado como uma eficiente ferramenta para estudar a evolução em plantas superiores. O complexo sequenciamento do genoma cloroplastidial (plastoma) de cana-de-açúcar (Saccharum officinarum) revelou uma molécula circular fechada de 141.182 pb. Este plastoma contém um par de regiões invertidas repetidas (IRa e IRb), separadas por uma região de cópia única pequena (SSC) e uma região de copia única grande (LSC). Os genes do cloroplasto tem sido muito utilizados para reconstruir a filogenia em espécies relacionadas. Para contribuir com a qualidade de informação disponível para a reconstrução filogenética, múltiplas regiões do cloroplasto tem sido analisadas, incluindo genes e espaçadores intergêneros. O DNA cloroplastidial (ptDNA) tem a característica de ser muito conservado entre as espécies de plantas, o que o torna apropriado para os estudos filogenéticos em vários níveis taxonômicos. Além disso, a herança uniparental apresenta reduzido impacto da recombinação intermolecular e auxilia na simplificação das teorias de evolução do ptDNA em muitos táxons vegetais. O objetivo deste trabalho foi contribuir com os estudos de evolução do cloroplasto em várias espécies e híbridos de cana-de-açúcar pela identificação de regiões polimórficas e sinais filogenéticos ou "hotspots" que possam ser utilizados como marcadores filogenéticos. Para isso, outras espécies pertencentes a família Poaceae, principalmente sorgo, milho, arroz e trigo também foram utilizadas nas análises. As regiões selecionadas para este estudo foram: região intergênica entre rbcL e petA; região intergênica entre trnI e trnL; região 16SrDNA e um segmento das quatro intersecções do ptDNA que unem as duas regiões invertidas repetidas com a LSC e SSC. Estas sequências foram amplificadas por PCR, sequenciadas e alinhadas utilizando os programas computacionais ClustalW e Phred-Phrap-Consed. As análises de parcimônia foram realizadas pelo programa PAUP* versão 4.0 e as árvores filogenéticas foram desenhadas pelo programa TreeView. As comparações dos "hotspots" do ptDNA forneceram informações quanto a evolução do cloroplasto e sobre os mecanismos responsáveis pela divergência entre os plastomas destas espécies estudadas. Também foi observada maior identidade entre os plastomas de cana-de-açúcar, sorgo e milho, que são plantas C4, do que entre os plastomas de cana-de-açúcar e de gramineas C3, como arroz e trigo, incluindo a organização estrutural dos genesIn the past few years, nucleotide sequencing of chloroplast genome is being used as an efficient tool to study evolution in higher plants. Sequencing of the total chloroplast genome (plastome) from sugarcane (Saccharum officinarum) revealed a 141,182 bp circular double-stranded molecule. This plastome contains a pair of inverted repeat regions (IRA and IRB), separating a small single copy region (SSC) and a large single copy region (LSC). Chloroplast genes have been extensively used to reconstruct the phylogeny in related species. In order to contribute to the amount of information available for phylogenetic reconstruction, it has been analyzed multiple chloroplast regions, including genes and intergenic spacers. The chloroplast DNA (cpDNA) has the feature of being well conserved among the plant species, which makes it appropriate for phylogenetic studies at high taxonomic leveIs. Furthermore, uniparental inheritance presents low impact of intermolecular recombination and helps to simplify theories of ptDNA evolution in most plant taxa. The objective of this work was to contribute to chloroplast evolution studies in several sugarcane species and hybrids by identifying polymorphic regions and phylogenetic signals or hotspots signals that can be useful as phylogenetic markers. For that, other species belonging to Poaceae family, mainly sorghum, maize, rice and wheat have also been comprised in the analyses. The regions selected to this study were: intergenic region between rbcL and petA intergenic region between trnI and trnL; 16SrDNA region and a segment ofthe four cpDNA intersections that link the two inverted repeat regions with the LSC and SSC. These sequences have been amplified by PCR, sequenced and aligned by using the computer programs ClustalW and Phred-Phrap-Consed. The parsirnony analyses were performed by PAUP* version 4.0 program and the phylogenetic trees were designed by TreeView program. The comparisons of cpDNA hotspots have provided useful information on chloroplast evolution and about the mechanisms responsible for divergence among plastomes of these studied species. AIso, it was observed larger identity among sugarcane, sorghum and maize plastomes, which are C4 plants, than between sugarcane and C3 grasses plastomes like rice and wheat, including structural gene organization

Evolutive study of sugarcane species and hybrids by comparative analysis with others species of Poaceae family (rice, maize, sorghum and wheat) using regions of cloroplastidial genome

Nos últimos anos, o sequenciamento de nucleotídeos do genoma cloroplastidial esta sendo utilizado como uma eficiente ferramenta para estudar a evolução em plantas superiores. O complexo sequenciamento do genoma cloroplastidial (plastoma) de cana-de-açúcar (Saccharum officinarum) revelou uma molécula circular fechada de 141.182 pb. Este plastoma contém um par de regiões invertidas repetidas (IRa e IRb), separadas por uma região de cópia única pequena (SSC) e uma região de copia única grande (LSC). Os genes do cloroplasto tem sido muito utilizados para reconstruir a filogenia em espécies relacionadas. Para contribuir com a qualidade de informação disponível para a reconstrução filogenética, múltiplas regiões do cloroplasto tem sido analisadas, incluindo genes e espaçadores intergêneros. O DNA cloroplastidial (ptDNA) tem a característica de ser muito conservado entre as espécies de plantas, o que o torna apropriado para os estudos filogenéticos em vários níveis taxonômicos. Além disso, a herança uniparental apresenta reduzido impacto da recombinação intermolecular e auxilia na simplificação das teorias de evolução do ptDNA em muitos táxons vegetais. O objetivo deste trabalho foi contribuir com os estudos de evolução do cloroplasto em várias espécies e híbridos de cana-de-açúcar pela identificação de regiões polimórficas e sinais filogenéticos ou "hotspots" que possam ser utilizados como marcadores filogenéticos. Para isso, outras espécies pertencentes a família Poaceae, principalmente sorgo, milho, arroz e trigo também foram utilizadas nas análises. As regiões selecionadas para este estudo foram: região intergênica entre rbcL e petA; região intergênica entre trnI e trnL; região 16SrDNA e um segmento das quatro intersecções do ptDNA que unem as duas regiões invertidas repetidas com a LSC e SSC. Estas sequências foram amplificadas por PCR, sequenciadas e alinhadas utilizando os programas computacionais ClustalW e Phred-Phrap-Consed. As análises de parcimônia foram realizadas pelo programa PAUP* versão 4.0 e as árvores filogenéticas foram desenhadas pelo programa TreeView. As comparações dos "hotspots" do ptDNA forneceram informações quanto a evolução do cloroplasto e sobre os mecanismos responsáveis pela divergência entre os plastomas destas espécies estudadas. Também foi observada maior identidade entre os plastomas de cana-de-açúcar, sorgo e milho, que são plantas C4, do que entre os plastomas de cana-de-açúcar e de gramineas C3, como arroz e trigo, incluindo a organização estrutural dos genesIn the past few years, nucleotide sequencing of chloroplast genome is being used as an efficient tool to study evolution in higher plants. Sequencing of the total chloroplast genome (plastome) from sugarcane (Saccharum officinarum) revealed a 141,182 bp circular double-stranded molecule. This plastome contains a pair of inverted repeat regions (IRA and IRB), separating a small single copy region (SSC) and a large single copy region (LSC). Chloroplast genes have been extensively used to reconstruct the phylogeny in related species. In order to contribute to the amount of information available for phylogenetic reconstruction, it has been analyzed multiple chloroplast regions, including genes and intergenic spacers. The chloroplast DNA (cpDNA) has the feature of being well conserved among the plant species, which makes it appropriate for phylogenetic studies at high taxonomic leveIs. Furthermore, uniparental inheritance presents low impact of intermolecular recombination and helps to simplify theories of ptDNA evolution in most plant taxa. The objective of this work was to contribute to chloroplast evolution studies in several sugarcane species and hybrids by identifying polymorphic regions and phylogenetic signals or hotspots signals that can be useful as phylogenetic markers. For that, other species belonging to Poaceae family, mainly sorghum, maize, rice and wheat have also been comprised in the analyses. The regions selected to this study were: intergenic region between rbcL and petA intergenic region between trnI and trnL; 16SrDNA region and a segment ofthe four cpDNA intersections that link the two inverted repeat regions with the LSC and SSC. These sequences have been amplified by PCR, sequenced and aligned by using the computer programs ClustalW and Phred-Phrap-Consed. The parsirnony analyses were performed by PAUP* version 4.0 program and the phylogenetic trees were designed by TreeView program. The comparisons of cpDNA hotspots have provided useful information on chloroplast evolution and about the mechanisms responsible for divergence among plastomes of these studied species. AIso, it was observed larger identity among sugarcane, sorghum and maize plastomes, which are C4 plants, than between sugarcane and C3 grasses plastomes like rice and wheat, including structural gene organization