bitstream/CNPA-2009-09/22209/1/COMTEC353.pd

BELTRÃO, N. E. de M.

BRITO, G. G. de

FRAGOSO, M. F.

LIMA, L. H. G. de M.

LIMA, L. M. de

LIMA, M. M. de A.

LUCENA, W. A.

SILVA, G. E. L.

Infoteca-e

1Prospecção In Silico de Ests Potencialmente Associadas à Tolerância do Algodoeiro ao Déficit Hídrico e Análise ...ComunicadoTécnico353ISSN 0102-0099Junho/2008Campina Grande, PBProspecção In Silico de ESTsPotencialmente Associadas à Tolerânciado Algodoeiro ao Déficit Hídrico e Análiseda Família de Genes DREBGiovani Greigh de Brito1Leonardo Henrique Guedes de Morais Lima2George Elton Lucena Silva3Mariana Franco Fragoso3Wagner Alexandre Lucena4Liziane Maria de Lima5Napoleão Esberard de Macêdo Beltrão1Marleide Magalhães de Andrade Lima6Estresses abióticos, especialmente a seca, afetam aprodutividade e a qualidade da fibra de algodão(ARAÚJO et al., 2003), por meio de uma série dealterações morfológicas, fisiológicas, bioquímicas emoleculares na planta (LUBBERS et al., 2007).Embora o algodoeiro do tipo herbáceo seja cultivadoem diversas regiões sob condições de sequeiro,inclusive nas regiões produtoras do Semi-Áridonordestino, a quantidade e a qualidade da fibraproduzida relacionam-se diretamente ao volume deágua absorvido pela planta, durante as suasdiferentes fases de desenvolvimento. Em vista disso,a tolerância de genótipos de algodoeiro ao déficithídrico tem sido alvo de vários estudos em nívelmolecular (HUANG; LIU, 2008; LUBBERS et al.,2007; QIAO et al., 2008).Embora os estudos visando à obtenção de genótiposque apresentem alto rendimento sob condiçõeslimitantes de água tenham se intensificado, osavanços nesta área têm sido dificultados devido aograu de compreensão sobre as bases fisiológicas emoleculares que determinam estas respostas. Emcontrapartida, a quantidade de informações geradasacerca da tolerância ao déficit hídrico em plantastem aumentado recentemente, de forma que váriosgenes já foram isolados e caracterizados em diversasespécies economicamente importantes (LUBBERS etal., 2007).A família DREB (Dehydration-Responsive ElementBinding gene), constituída por vários genes, um dosfatores de transcrição envolvidos na resposta aoestresse hídrico, apresenta-se como tendo grandepotencial para, através da seleção direcionada degenótipos, ou ainda do controle de sua expressão,aumentar a tolerância de culturas agrícolas aestresses abióticos (HUANG et al., 2007, 2008;HUANG; LIU, 2006a,2006b; SHAN et al, 2007).As análises efetuadas em outras espécies com vistaà compreensão dos mecanismos envolvidos na1Eng. agrôn., D.Sc., da Embrapa Algodão, Rua Osvaldo Cruz, 1143, Centenário, CEP: 58.428-095, Campina Grande, PB.  E-mail:giovani@cnpa.embrapa.br2Biólogo, M.Sc., Bolsista do CNPq/ Embrapa Algodão3Graduando em Ciências Biológicas - UEPB/ Estagiário da Embrapa Algodão4Biólogo, M.Sc., da Embrapa Algodão5Bióloga, D.Sc., da Embrapa Algodão6Eng. Flor., D.Sc., da Embrapa Algodão2 Prospecção In Silico de Ests Potencialmente Associadas à Tolerância do Algodoeiro ao Déficit Hídrico e Análise ...resposta da planta ao estresse têm revelado aexistência de uma rede complexa, constituindo acomunicação celular durante as respostas a estacondição de estresse. Assim, o emprego dasferramentas disponíveis na prospecção de novosgenes e de seus produtos contribuirá para aumentara compreensão dos mecanismos que regem atolerância do algodoeiro ao déficit hídrico, auxiliandono melhoramento para a obtenção de cultivares maistolerantes.Efetuou-se uma pesquisa in silico, visando àidentificação de seqüências ESTs (ExpressedSequence Tags) do algodoeiro, presentes no bancode dados público CottonDB.org “Cotton GenomeDatabase” potencialmente relacionadas à tolerânciaao déficit hídrico.Inicialmente, construiu-se uma coleção de genesenvolvidos nas respostas aos estresses abióticos, jácaracterizados em outras espécies vegetais, a partirda literatura. Os genes foram estratificados em trêsgrandes grupos, de acordo com a funçãodesempenhada na resposta aos estresses abióticos,e empregados como "iscas", na busca de seqüênciaspresentes no banco de dados público:1. Sensores de sinal - Sensores osmóticos(Fosfolipases PLD, mensageiros secundários -Ca+2 e ROS; Kinases dependentes de Ca+2 -CDPKs; sensores de Ca+ - SOS3).2. Controle transcricional - Fatores de transcrição(DREB/CBF, ABF, HSF, bZIP, MYC/MYB).3. Mecanismos de resposta ao sinal - Proteçãoosmótica (Prolina, Glicina betaína e açúcares),Chaperonas moleculares (Hsp, SP1, LEA, COR) erelacionados ao transporte iônico e de água(aquaporinas e transportadores iônicos).Adicionalmente, gerou-se um conjunto de genes dafamília DREB agrupados nas subfamílias : DREB1/CBF3, DREB1A, DREB2, DREB3A, DREB2A, DREB2Be DREB3 .Para a mineração das seqüências potencialmenteenvolvidas com a tolerância do algodoeiro ao déficithídrico, analisaram-se as ESTs do banco público dedados (cottonDB.org) por meio da plataforma deBioinfomática (COTTON GENOME DATABASE,2007), utilizando a ferramenta tBlastn com e-value10-20, visando identificar ESTs relacionadas aoconjuntos de genes utilizados como "iscas".Com o auxílio do tBlastn e pelo emprego de 146seqüências protéicas, utilizadas como "iscas",evidenciou-se que 140 destas apresentaram valoresde similaridade significativos (e-value < 10-20).Utilizando esta estratégia foram identificadas19.474 ESTs potencialmente associadas à tolerânciado algodoeiro ao déficit hídrico. Do total, 5.830seqüências podem estar relacionadas a sensores desinal do estresse, 9.562 ao controle transcricional e4.082 a mecanismos de resposta ao sinal (Figura1A). O número elevado de seqüências identificadaspode estar relacionado à existência de seqüênciasprimárias altamente conservadas, considerando osparálogos de proteínas pesquisadas. Outrapossibilidade fundamenta-se na ocorrência de váriosalelos ao longo do genoma do algodoeiro. As figuras1B, 1C e 1D apresentam, a partir da utilização dasseqüências "isca" e por meio do aplicativo tBlastn,as famílias de ESTs resultantes dentro de cadaestratificação.Pelo emprego das "iscas" DREBs, foramidentificadas 161 ESTs potencialmente envolvidasna resposta do algodoeiro ao déficit hídrico. Destas,36 seqüências estão potencialmente relacionadas aDREB1A, 78 a DREB2, 44 a DREB3 e 03 a DREB3A,todas responsivas à desidratação (Figura 2). A nãoobtenção de ESTs com e-value significativo, a partirdas seqüências de DREB1/CBF3, DREB2A e DREB2Butilizados como "iscas" para a pesquisa no banco dedados, deve estar relacionada ao fato destesoriginarem-se de genes envolvidos também natolerância ao frio e à alta salinidade e devido àinexistência de bibliotecas construídas sob taisestresses no banco de dados utilizado para apesquisa. Por meio da análise das seqüênciasanálogas obtidas, verificou-se a existência de váriasESTs potencialmente envolvidas na tolerância aoestresse (Tabela 1).Conclui-se que a utilização da base de dados doCottondb.org, constitui uma ferramenta adequadana busca rápida e na seleção de genes potenciais deimportância agronômica para o algodoeiro. Estasinformações poderão servir como ponto de partidapara estudos da caracterização funcional das3Prospecção In Silico de Ests Potencialmente Associadas à Tolerância do Algodoeiro ao Déficit Hídrico e Análise ...Fig. 1. Sequências ESTs potencialmente envolvidas na tolerância ao déficit hídrico identificadas no cottondb.orgFig. 2. Resultado total das ESTs-DREB relacionadas identificadas (e-value  10-20), agrupadas por subfamíliasprotéicas potencialmente envolvidas na tolerância ao déficit hídrico.Número de Hits e < 10-2020100304050607080DREB1A DREB2 DREB3A DREB3A BC DNúmero de Hits e < 10-2010.0008.0006.0004.0002.0000Sensores de sinal Controle transcricional Mecanismos deresposta ao sinalEstratificaçãoSensores de sinalSensores de Ca+MensageirossecundáriosKinasesFosfolipases0 500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000Número de Hits e < 10-20ControletranscricionalMYBMYCbZIPHSFABFDREB0 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000Número de Hits e < 10-20Mecanismos de resposta ao sinalTransporte iônico ede águaChaperonasmolecularesProteçãoosmótica500 1.000 1.500 2.000 2.5000Número de Hits e < 10-204 Prospecção In Silico de Ests Potencialmente Associadas à Tolerância do Algodoeiro ao Déficit Hídrico e Análise ...Tabela 1. ESTs que codificam possíveis fatores transcricionais envolvidos na resposta do algodoeiro ao déficithídricoseqüências selecionadas em trabalhos futuros. Seisseqüências utilizadas como "iscas" (chaperonasmoleculares) não resultaram em ESTs análogos nobanco de dados pesquisado, o que pode estarrelacionado ao fato de parte destas originarem-se degenes relacionados à tolerância ao frio e devido àinexistência de bibliotecas construídas sob estressetérmico.Referências BibliográficasARAÚJO, A. E.; SILVA, C. A. D.; AZEVEDO, D. M.P. de; FREIRE, E. C.; RAMALHO, F. S.; ANDRADE,F. P.; FERREIRA, G. B., SANTANA, J. C. F.;AMARAL, J. A. B./ MEDEIROS, J. C.; BEZERRA, J.R. C.; PEREIRA, J. R.; SILVA, K. L.; SILVA, L. C.;BARROS, M. A. L.; CARVALHO, M. C. S.; LUZ, M.J. S; BELTRÃO, N. E. de M.; SUASSUNA, N. D.;FERREIRA, P. F; SANTOS, R. F, FONSÊCA, R. G.Cultivo do algodão irrigado. Sistemas de Produção, 3jan. 2003.COTTON GENOME DATABASE. Disponível em:<http://cotondb.org/cdbpages/webblast.html>.Acesso em: 04 dez. 2007.HUANG, B.; LIU, J.Y. A cotton dehydrationresponsive element binding protein functions as atranscriptional repressor of DRE-mediated geneexpression. Biochemical and Biophysical ResearchCommunications. v. 343, p. 1023-1031, 2006a.5Prospecção In Silico de Ests Potencialmente Associadas à Tolerância do Algodoeiro ao Déficit Hídrico e Análise ...HUANG, B.; LIU, J. Cloning and functional analysisof the novel gene GhDBP3 encoding a DRE-bindingtranscription factor from Gossypium hirsutum.Biochimica et Biophysica Acta. v. 1759, p. 263-269, 2006b.HUANG, B.; JIN, L.; LIU, J. Molecular cloning andfunctional characterization of a DREB1/CBF-likegene (GhDREB1L) from cotton. Science in ChinaSeries C: Life Sciences. v. 50, p. 7-14, 2007.HUANG, B.; JIN, L.; LIU, J. Identification andcharacterization of the novel gene GhDBP2 encodinga DRE-binding protein from cotton (Gossypiumhirsutum). 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Prospecção in silico de ESTs potencialmente associadas à tolerância do algodoeiro ao déficit hídrico e análise da família de genes DREB.

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