Filogenia molecular das enzimas isocitrato liase e malato sintase e sua evolução em Viridiplanta

The plant metabolism consists of a complex network of physical and chemical events resulting in photosynthesis, respiration, synthesis and degradation of organic compounds. This is only possible due to the different kinds of responses to many environmental variations that a plant could be subject through evolution, leading also to conquering new surroundings. The glyoxylate cycle is a metabolic pathway found in glyoxysomes plant, which has unique role in the seedling establishment. Considered as a variation of the citric acid cycle, it uses an acetyl coenzyme A molecule, derived from lipids beta-oxidation to synthesize compounds which are used in carbohydrate synthesis. The Malate synthase (MLS) and Isocitrate lyase (ICL) enzyme of this cycle are unique and essential in regulating the biosynthesis of carbohydrates. Because of the absence of decarboxylation steps as rate-limiting steps, detailed studies of molecular phylogeny and evolution of these proteins enables the elucidation of the effects of this route presence in the evolutionary processes involved in their distribution across the genome from different plant species. Therefore, the aim of this study was to establish a relationship between the molecular evolution of the characteristics of enzymes from the glyoxylate cycle (isocitrate lyase and malate synthase) and their molecular phylogeny, among green plants (Viridiplantae). For this, amino acid and nucleotide sequences were used, from online repositories as UniProt and Genbank. Sequences were aligned and then subjected to an analysis of the best-fit substitution models. The phylogeny was rebuilt by distance methods (neighbor-joining) and discrete methods (maximum likelihood, maximum parsimony and Bayesian analysis). The identification of structural patterns in the evolution of the enzymes was made through homology modeling and structure prediction from protein sequences. Based on comparative analyzes of in silico models and from the results of phylogenetic inferences, both enzymes show significant structure conservation and their topologies in agreement with two processes of selection and specialization of the genes. Thus, confirming the relevance of new studies to elucidate the plant metabolism from an evolutionary perspective

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq

O metabolismo vegetal é composto por uma complexa rede de eventos físicos e químicos que resultam na fotossíntese, respiração, e na síntese e degradação de compostos orgânicos. Isto só é possível graças aos diferentes tipos de respostas a inúmeras variações ambientais que um vegetal pode estar sujeito, adquiridas ao longo da evolução, levando também a conquistas de novos ambientes. O ciclo do glioxilato é uma via metabólica localizada nos glioxissomos de plantas, que possui papel único no estabelecimento das plântulas. Considerado como uma variação do ciclo do ácido cítrico esta via utiliza uma molécula de acetil-Coenzima A, oriunda da beta-oxidação de lipídios para sintetizar compostos que são utilizados na síntese de carboidratos. As enzimas Malato sintase (MLS) e Isocitrato liase (ICL) são exclusivas deste ciclo e essenciais na regulação da biossíntese de carboidratos. Devido à ausência das etapas de descarboxilação, como fatores limitantes da velocidade, estudos mais detalhados da filogenia e evolução molecular dessas proteínas permite o esclarecimento dos efeitos da presença desta rota nos processos evolutivos envolvidos em espécies vegetais. Portanto, o objetivo deste trabalho foi estudar a relação entre a evolução molecular das enzimas Isocitrato liase e Malato sintase e sua filogenia, nas plantas verdes (Viridiplantae). Para isso, foram utilizadas sequências de aminoácidos e nucleotídeos dos genes, a partir de repositórios online como o Genbank e Uniprot. As sequências foram alinhadas e, em seguida, submetidos à análise estatística dos modelos de melhor ajuste de substituição. A filogenia foi reconstruída por métodos de distância (Neighbor-joining) e métodos discretos (Máxima Verossimilhança, Máxima Parcimônia e Análise Bayesiana). O reconhecimento de padrões estruturais na evolução das enzimas foi feito por predição e modelagem por homologia das estruturas das sequências das proteínas obtidas. Com base nas análises comparativas entre modelos in silico, das enzimas, e partir dos resultados de inferência filogenética, ambas as enzimas apresentam um padrão de conservação relativamente elevado em sua estrutura e geram topologias condizentes com dois processos de seleção e especialização dos seus respectivos genes. Deste modo, confirmando a relevância em se realizar novos estudos para se elucidar o metabolismo vegetal sob uma perspectiva evolutiva das relações entre os genes e a expressão de suas enzimas