A análise global do transcriptoma da alopoliploidização revela grandes

Biologia das Comunicações volume 6, Número do artigo: 426 (2023) Citar este artigo

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Linhagens sintéticas de trigo hexaploide (SHW) são criadas como germoplasma de pré-reprodução para diversificar o subgenoma D do trigo hexaploide e aproveitar a diversidade genética inexplorada do pool genético de Aegilops tauschii. No entanto, os fenótipos observados no Ae. tauschii nem sempre são recuperados nas linhagens SHW, possivelmente devido a interações entre subgenomas. Para elucidar esse fenômeno de reprogramação do genoma pós-poliploidização, realizamos RNA-seq de quatro linhagens SHW e seus correspondentes pais tetraploides e diploides, em dez tecidos e três replicações biológicas. A análise de viés de expressão homeológa (HEB) usando mais de 18.000 tríades sugere supressão maciça de homoeoalelos do subgenoma D em SHWs. A análise comparativa do transcriptoma do conjunto de genes do genoma inteiro corroborou ainda mais esse achado. A análise de splicing alternativo dos genes de alta confiança indica uma camada adicional de complexidade onde todos os cinco eventos de splicing são identificados e o íntron retido é predominante. A expressão de homeólogo na ressíntese de trigo hexaploide tem implicações para o uso e manuseio desse germoplasma na reprodução, pois se relaciona à captura dos efeitos da interação epistática entre os subgenomas após a poliploidização. Considerações especiais devem ser dadas a esse germoplasma em atividades de pré-melhoramento para considerar a extensão das interações intersubgenômicas na expressão gênica e seu impacto nas características para melhoramento da cultura.

Eventos de duplicação de todo o genoma são um dos principais impulsionadores da especiação1,2,3. A maioria das angiospermas sofreu poliploidização no curso de sua evolução e, notavelmente, 30% das espécies de culturas são consideradas poliploides com base na extensão de loci duplicados em seu genoma4. A linhagem de gramíneas passou por um mínimo de três eventos de duplicação do genoma inteiro5, tornando basicamente toda a família Poaceae poliploide. Frequentemente, eventos de duplicação do genoma inteiro estão associados a um potencial evolutivo significativo que promove a adaptabilidade a ambientes em mudança6,7. Existem várias questões intrigantes relacionadas aos poliplóides, desde as mudanças dinâmicas iniciais que eles sofrem no genoma para estabilização, até seu estabelecimento como populações discretas8. A poliploidização cria extensa redundância dentro do genoma, abrindo caminho para novas alterações que promovem o desenvolvimento de novos fenótipos e/ou adaptação9.

O trigo-pão (Triticum aestivum L.), é uma cultura aloexaploide (2n = 6x = 42) composta pelos subgenomas A, B e D. As hibridizações naturais que ocorreram há aproximadamente 8.000 anos entre trigo cultivado (Triticum turgidum L. ssp. dicoccum, 2n = 4x = 28; genoma AABB) e capim-cabra de Tausch (Aegilops tauschii Coss., 2n = 2x = 14; genoma DD) , seguido pela duplicação de cromossomos, resultou no desenvolvimento do moderno pão de trigo10,11. Presumivelmente, apenas um número limitado de Ae. as plantas tauschii contribuíram para a evolução do trigo hexaploide, levando a um gargalo evolutivo denominado efeito fundador12; um gargalo que foi ainda mais restrito pelo fluxo natural limitado de variação genética de espécies diploides para hexaploides13,14 e subsequente domesticação e reprodução.

Parentes silvestres de espécies cultivadas são uma fonte de diversidade genética para várias características importantes para a agricultura. No entanto, existem certas limitações para seu uso, incluindo arrasto de ligação, infertilidade e baixa compatibilidade cruzada15. O pré-melhoramento é uma abordagem sistemática que visa recapturar a diversidade genética de parentes silvestres de culturas e implantá-la em programas de melhoramento. Tradicionalmente, os segmentos genômicos desejados de espécies de cultivo silvestre são introgredidos em cultivares de elite por retrocruzamentos repetidos com o apoio de ferramentas de genotipagem de genoma completo de última geração para seleções de primeiro e segundo plano. SHWs gerados a partir da hibridização artificial entre T. turgidum ssp. durum (AABB) ou outras subespécies e Ae. tauschii (DD), seguido pela duplicação de cromossomos, servem como populações de pré-melhoramento eficazes para ampliar a diversidade genética do subgenoma D do trigo hexaploide. SHWs desenvolvidos pelo Centro Internacional de Melhoramento de Milho e Trigo (CIMMYT, México)16,17 têm sido extensivamente utilizados em programas de enriquecimento da diversidade genética do trigo em vários países. Mais tarde, outros institutos de pesquisa e programas de melhoramento de trigo em todo o mundo também produziram SHWs usando diferentes fontes de Ae. tauschii para servir como população base para o cultivo comercial de trigo.