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Jul 30, 2023

O genoma de Torreya grandis ilumina a origem e a evolução da gimnosperma

Volume de comunicações da natureza

Nature Communications volume 14, Número do artigo: 1315 (2023) Citar este artigo

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As plantas de Torreya produzem frutos secos com funções variadas. Aqui, relatamos a montagem do genoma em nível de cromossomo de 19 Gb de T. grandis. O genoma é moldado por antigas duplicações de todo o genoma e surtos recorrentes de retrotransposon LTR. Análises genômicas comparativas revelam genes-chave envolvidos no desenvolvimento de órgãos reprodutivos, biossíntese da parede celular e armazenamento de sementes. Dois genes que codificam uma C18 Δ9-elongase e uma C20 Δ5-dessaturase são identificados como responsáveis ​​pela biossíntese do ácido ciadônico e ambos estão presentes em diversas linhagens de plantas, exceto angiospermas. Demonstramos que as caixas ricas em histidina da Δ5-dessaturase são cruciais para sua atividade catalítica. A análise do metiloma revela que os vales de metilação do genoma da semente de T. grandis abrigam genes associados a importantes atividades da semente, incluindo a parede celular e a biossíntese de lipídeos. Além disso, o desenvolvimento da semente é acompanhado por mudanças na metilação do DNA que possivelmente alimentam a produção de energia. Este estudo fornece importantes recursos genômicos e elucida o mecanismo evolutivo da biossíntese do ácido ciadônico em plantas terrestres.

O surgimento de plantas com sementes consistindo de angiospermas e gimnospermas marcou um evento importante na evolução das plantas terrestres e na mudança dos ambientes terrestres. Angiospermas e gimnospermas divergiram no Baixo Mississippiano1, seguido por uma rápida radiação de plantas com flores, resultando em aproximadamente 352.000 espécies existentes na Terra, em comparação com apenas 1.000 espécies de gimnospermas. Existe uma variedade de diversidade morfológica/anatômica e versatilidade metabólica entre angiospermas e gimnospermas, mas os mecanismos genéticos e bioquímicos subjacentes são amplamente indefinidos2,3.

Torreya grandis, uma espécie de gimnosperma pertencente a um pequeno gênero da família do teixo (Taxaceae), é uma árvore multiuso útil, fornecendo madeira, remédios, sementes comestíveis e óleo4 (Fig. 1a). O primeiro registro confiável de T. grandis como fonte medicinal aparece no Clássico da Matéria Médica durante os Três Reinos da China e remonta ao início do século III dC5. T. grandis é a única espécie em Taxaceae com sementes comestíveis, que têm sido usadas como alimento há milhares de anos na China devido ao seu sabor único e componentes benéficos5,6. Os óleos são enriquecidos com sementes de T. grandis com teor médio de 45,80–53,16%7. O ácido ciadônico (SCA), um ácido graxo ω6 não interrompido por metileno, foi encontrado como um dos principais componentes na composição de ácidos graxos do óleo da semente7. A SCA tem efeitos positivos na saúde humana e atua na redução da inflamação, redução dos triglicerídeos, prevenção de coágulos sanguíneos e regulação do metabolismo lipídico8,9,10. A produção de SCA foi detectada em diferentes linhagens de gimnospermas e um punhado de algas e samambaias11. No entanto, SCA geralmente está ausente em plantas com flores, com exceção de algumas eudicotiledôneas inferiores (por exemplo, Ranunculaceae)12, deixando assim um enigma sobre sua origem e evolução em plantas verdes.

a Árvore e conjunto de frutos de T. grandis. O painel inferior mostra a semente seca processada e sua parte comestível (endosperma). b Gráfico Circos do genoma de T. grandis e características genômicas codificadas pelos cromossomos. Cada recurso foi calculado com base em uma janela de 10 Mb entre os cromossomos. Estrelas coloridas indicam a presença de sequências teloméricas na extremidade 5' (verde) ou 3' (laranja) do cromossomo. c Distribuição do tempo de inserção do LTR-RT. O painel esquerdo mostra todos os membros das famílias Gypsy e Copia e as seis subfamílias mais abundantes são mostradas no painel direito. d Ks distribuição de ortólogos entre T. grandis, Sequoiadendron giganteum, Ginkgo biloba e Gnetum montanum. Ks de parálogos em T. grandis foi ajustado com o modelo de mistura Guassiana e o antigo WGD putativo é indicado. e Microcolinearidade entre genomas de T. grandis, G. biloba e G. montanum. Os dados de origem são fornecidos como um arquivo de dados de origem.