Genetic characterization of Setaria (Poaceae) populations: cytogenomic and molecular diversity
Authors:   , Franco Ana Luiza 
Published: November 2022

As gramíneas são consideradas o grupo mais importante de angiospermas em termos econômicos, sendo largamente distribuídas pelo mundo e com ampla adaptação a diferentes condições ambientais. O avanço nos estudos de tamanho do genoma, citogenética, sequenciamento e bioinformática têm fornecido valiosas informações no campo da genômica. A existência de DNA repetitivo, especialmente os retrotransposons (TEs), contribuem significativamente para a evolução e o funcionamento do genoma assim como para se definir o tamanho do mesmo. Setaria Beauv. (Poaceae) é um gênero de referência na produção de forragem, e vem sendo explorado principalmente devido a sua boa capacidade adaptativa a condições de estresse ambiental por frio, seca ou excesso de umidade. Setaria sphacelata é uma espécie resiliente, com bons rendimentos em terras secas e marginais, porém, pouco se sabe sobre sua constituição genômica. O objetivo deste estudo foi caracterizar o tamanho do genoma de populações do banco de germoplasma de Setaria sphacelata da Embrapa Gado de Leite. Foram analisadas 72 populações coletadas em diferentes regiões do mundo. A citometria de fluxo foi utilizada para a detecção do tamanho do genoma, seguida de contagem cromossômica, hibridização fluorescente in situ e análise meiótica. Além disso, foi analisada pela primeira vez a constituição de elementos repetitivos em S. sphacelata. Tendo em vista a importância dos elementos repetitivos em diferentes processos celulares, utilizou-se o modelo de recursos genéticos vegetal de sequências de DNA e RNA dos bancos de dados para quantificar a proporção de elementos ativos em Setaria viridis, empregando ferramentas de bioinformática. A maioria das populações apresentou indivíduos tetraploides (2n=36) com conteúdo de DNA variando de 3 a 3,7 picogramas. Adicionalmente, diploides (~ 1,6 a 2pg, 2n=18), pentaploides (~4 pg, 2n=45), hexaploides (~ 4,5 pg, 2n=54) e octaploides (~6pg, 2n= 72ca) também foram detectados, porém em baixo número de populações. A maior variação foi encontrada em populações da África do Sul. O mapeamento dos sítios de rDNA 5S e 18S variou entre e dentro dos níveis de ploidia. A meiose regular sugere que a alopoliploidia foi provavelmente uma das etapas da história evolutiva de S. sphacelata. A análise de diversidade genética revelou que S. sphacelata é um complexo com variação intra e principalmente interpopulacional. Diploides parecem ser um grupo distinto baseado em 4 marcadores SSR. Analisando dois acessos diploides de S. sphacelata, detectou-se que os retrotransposons tipo Ty3/Gypsy foram as repetições mais abundantes. No entanto, variações na proporção de sublinhagens Athila e Ogre sugerem diferentes processos de amplificação de repetições durante a evolução do complexo. Sondas satélites mostraram um padrão conservado observado em regiões pericentroméricas. Em relação à expressão de TE em Setaria viridis, as repetições foram mais abundantes em bibliotecas de RNA ribo-depletadas (analisadas em tecidos de caule e coroa) do que em bibliotecas de RNA poly-A (analisadas em tecidos de folhas e inflorescências). A expressão dos TEs foi influenciada pela sua classificação (Ty1/copia mais ativos que Ty3/gypsy), pela sua proporção no genoma, razão GC e similaridade das sequências. Em resumo, o presente estudo fornece uma melhor compreensão da organização genômica, história evolutiva e dinâmica dos elementos repetitivos do gênero Setaria.