Estrutura e evolução do genoma plastidial em Araucariaceae Henkel & W.Hochst. e Podocarpaceae Endl.

Abstract

As coníferas são um grupo composto por seis famílias e distribuído por todo o mundo, mas no Brasil apenas espécies das famílias Araucariaceae e Podocarpaceae apresentam ocorrência natural. A família Araucariaceae é representada pela Araucaria angustifolia e a Podocarpaceae por oito espécies do gênero Podocarpus e o Retrophyllum piresii. A Araucaria araucana e A. angustifolia são as duas únicas espécies da família Araucariaceae encontradas na América do Sul, ambas pertencentes à secção Araucaria. Esta secção é filogeneticamente irmã do grupo Bunya + Intermedia, cujas únicas representantes são a Araucaria bidwillii (nativa da Austrália) e a Araucaria hunsteinii (nativa da Nova Guiné), respectivamente. As espécies de Araucaria nativas da América do Sul sofreram uma grande exploração nas últimas décadas, resultando em uma alta fragmentação dos seus remanescentes florestais. Além disso, as famílias Podocarpaceae e Araucariaceae são consideradas umas das famílias mais antigas existentes, o que as torna interessante para estudos evolutivos. Comparações baseadas na sequência do genoma plastidial possibilitam a realização de uma série de análises estruturais e evolutivas. Além disso, há um grande potencial no estudo do genoma plastidial de coníferas para o desenvolvimento de marcadores moleculares espécie-específicos para análises de filogeografia, com implicações para o manejo e a conservação dessas espécies. Sendo assim, o presente trabalho visou realizar estudos de filogenômica, estrutura e evolução do genoma plastidial em Araucariaceae e Podocarpaceae a partir do sequenciamento completo do genoma plastidial de três espécies da família Araucariaceae (A. angustifolia, A. araucana e A. bidwillii) e uma espécie da família Podocarpaceae (R. piresii). O sequenciamento foi realizado utilizando DNA plastidial isolado para construção das bibliotecas, seguido por sequenciamento em plataforma Illumina MiSeq. A partir dos dados de sequenciamento foi realizada montagem, anotação e análise das sequências geradas, incluindo filogenia, estudos estruturais e de regiões de repetição no genoma plastidial destas coníferas. Com o sequenciamento do genoma plastidial da espécie R. piresii foi possível a identificação de sítios ativos de recombinação mediados pela presença de repetições diretas e palíndromas. Essas repetições resultam na presença de uma inversão e uma deleção no genoma plastidial. Além disso, o sequenciamento das três espécies do gênero Araucaria possibilitou a realização de análises filogenômicas dentro do gênero Araucaria de maior resolução até o momento relatadas. Os resultados obtidos possibilitarão a identificação e seleção de regiões do genoma com alta taxa evolutiva, podendo aumentar a resolução de estudos de filogeografia das espécies alvo.<br>

Abstract : Conifers are a worldwide-distributed group divided into six families. However, the families Araucariaceae and Podocarpaceae are the only indigenous to Brazil. These families are represented by one species of Araucariaceae (Araucaria angustifolia) and nine species of the Podocarpaceae, eight of the genus Podocarpus and one of Retrophyllum. Araucaria araucana and A. angustifolia are the only two species from Araucariaceae indigenous to South America, both positioned in the section Araucaria. This section is sister group to Bunya + Intermedia, whose only extant representative is Araucaria bidwillii (native to Australia) and Araucaria hunsteinii (native to New Guinea), respectively. Araucaria species native to South America have undergone extensive exploration in recent decades, resulting in a high fragmentation of forest remnants. In addition, the families Podocarpaceae and Araucariaceae are considered one of the most ancient extant families, which is interesting for evolutionary studies. Comparisons based on the plastome sequence possibilities a series of comparative, structural and phylogenetic analyzes, and may also clarify factors related to the function of repeated inverted and intergenic sequences. In addition, there is great potential of studying conifers plastomes for the development of species-specific molecular markers for phylogeography analysis, with implications in the management and conservation of these species. In this sense, the present study aimed to perform phylogenomic, structural and evolutionary analysis of the plastomes of Araucariaceae and Podocarpaceae. Thus, we sequenced the complete plastome of three species of the family Araucariaceae (A. angustifolia, A. araucana, and A. bidwillii) and one species of the family Podocarpaceae (R. piresii). The DNA sequencing was performed using isolated plastidial DNA for library construction, followed by sequencing on the Illumina MiSeq platform. From the sequencing data, assembly, annotation and analysis of the generated sequences, including phylogeny, structural studies and of regions of repetition in the plastome of these conifers were carried out. With the sequencing of the plastome of the R. piresii it was possible to identify recombination sites mediated by the presence of direct and palindromic repetitions. These repetition sites result in the presence of an inversion, and a deletion in the plastome. In addition, the sequencing of the three Araucaria species enabled to perform phylogenetic analyzes within the genus Araucaria of the highest resolution so far reported. The results obtained here will allow the identification and selection of genome regions with a high evolutionary rate, which may increase the resolution of phylogeography studies of the target species.