Sequência completa do genoma cloroplasmático do feijão-caupi (Vigna unguiculata (L.) Walp) e diversidade genética de variedades tradicionais brasileiras e africanas

Abstract

Cloroplastos são organelas presentes em todas as plantas e são responsáveis pelo processo da fotossíntese, além de funcionarem como reguladores de diversas vias metabólicas essenciais. Estes possuem seu próprio genoma que, por sua vez, é chamado de plastoma. Seu genoma é circular, altamente conservado e dividido em quatro regiões, sendo duas regiões invertidas e repetidas (IRa – Inverted repeat -, e IRb), uma região única de cópia longa (LSC – Large Single Copy) e uma região única de cópia curta (SSC – Small Single Copy). Atualmente, mais de 40 genomas cloroplastidiais de eudicotiledoneas já estão sequenciados e catalogados em bancos de dados específicos e funcionam como uma importante ferramenta para comparação de genomas. Portanto, com o avanço nos estudos nessa área foi possível observar que o cloroplasto possui um genoma extremamente conservado, apresentando poucas diferenças entre as espécies e, até mesmo, entre plantas e algas. O feijão-caupi (Vigna unguiculata [L.] Walp.), espécie da família das Fabaceae subfamília papilionoídea, é uma leguminosa de grande importância econômica na América Latina, África e Ásia. Muitos grupos, hoje, estão trabalhando com as mais diversas espécies de plantas para, desta forma, obter respostas mais precisas sobre suas origens evolutivas, sua proximidade com outras espécies, como também, explicar a origem desta organela. O sequenciamento do presente trabalho foi obtido pelo método Platinum FLX, gerando um total de 96.215 reads. Esses dados foram analisados com o programa MIRA 3.0, que resultou em um contig final de 152.415 pb. As IR apresentaram 25.883 pb cada, a LSC 81.468 pb e a SSC 19.181. As anotações do genoma cloroplastidial mostraram que a espécie analisada possui 120 genes, sendo que 25 destes estão na região repetitiva do genoma. A comparação com os genomas de outras leguminosas já sequenciadas mostrou a alta conservação do genoma plastidial. Baseado nisso 9 pares primers foram montados para analise de diversas variedades de feijão caupi. Destes, o primer 7 foi selecionado por ser o qual apresentava maior número de polimosfirmos entre as variedades. Com a analise destes polimosfirmos, nas 36 diferentes variedades, foi possível separá-las em dois grupos, haplótipo 0, variedades que apresentavam um sítio de BamHI e haplótipo 1, variedades que não possuíam este sítio. Desta forma levantou-se a hipótese de que as cultivares do Brasil possuam mais de uma origem, além da nigeriana. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

Chloroplasts are important cellular organelles found in all plants, responsible for photosynthesis and regulation of different metabolic pathways. They possess their own genome, known as plastome, which is circular with highly conserved four regions; two inverted repeats (IR) designated Ira and IRb; a large single copy (LSC) region and a small single copy (SSC) region. Although analysis of different chloroplast genomes demonstrates that it is highly conserved amongst several plant with little or no difference between species and indeed between algae, more than 40 different plastomes of higher plants have been sequenced and are available in different data base and represent important tools for genome comparative analysis. Cowpea (Vigna unguiculata [L.] Walp.), an important leguminous crop grown in different parts of the world. Different research groups are involved in work that ultimately seek to improve different varieties of the crop. Thus the availability of specific and precise information regarding its evolution and domestication will help in transgenic and breeding programs which will ensure the development of elite varieties of the crop. In this work, the complete chloroplast genome of V unguiculata was generated using Platinum FLX method, which gave a total of 96.215 reads. When analyzed using MIRA 3.0, the reads led to the identification of a final contig containing 152.415bp. The IRs of the plastosome comprise of 25,883 bp each while LSC contains 81.468bp and SSC contains 19.181 bp. Chloroplast genome annotation showed that V unguiculata chloroplast contains 120 genes, 25 of which are located in the repetitive region. Comparative analysis of genomes available from other leguminous species showed high degree of conservation in the chloroplast genome regions. In parallel, and based on the complete genome of V unguiculata, nine (9) pairs of primers (numbered 1 to 9) were designed to analyze 36 different cultivars. Primer 7 was selected because it presented a higher degree of polymorphism among varietys. This 36 varietys in which led to the identification of two distinct groups, designate haplotype 0 and haplotype 1. This divergence leads us to hypothesize that Brazilian cultivars may have originated from other regions of the world.