Mapeamento citogenético comparativo dos genes DXMT1 e DXMT2 da via de biossíntese da cafeína em Coffea L.

Abstract

A rota biossintética da cafeína é regulada por diferentes genes da família N- metiltransferases (NMTs). Dentre eles, os genes DXMT1 e DXMT2 codificam enzimas que atuam na última reação da via, convertendo a teobromina em cafeína. Vinte e três genes NMTs são encontrados em espécies de Coffea. No entanto, estudos citogenômicos baseados no mapeamento físico desses genes ainda não foram realizados em Coffea ou em outras espécies vegetais. Esses estudos podem fornecer informações sobre a organização genômica e evolução das espécies, como Coffea eugenioides, Coffea canephora e Coffea arabica. Desse modo, nosso objetivo foi mapear os genes DXMT1 e DXMT2, utilizando uma única sonda, nos cromossomo mitóticos de Coffea diploides (C. eugenioides e C. canephora) e do alotetraploide verdadeiro (C. arabica). A sequência utilizada como sonda para mapear os genes foi sequenciada. Com base nos dados de sequenciamento, a similaridade em relação às sequências dos genes DXMT1 e DXMT2 foi confirmada. Os cariótipos dos Coffea diploides apresentaram 2n = 2x = 22 cromossomos e o alotetraploide 2n = 4x = 44 cromossomos. Por meio da sonda de 400 pb, nós mapeamos simultaneamente as sequências dos genes DXMT1 e DXMT2. Dois sinais de hibridização foram identificados em C. eugenioides para o gene DXMT1 e dois sinais para o gene DXMT2 em C. canephora. O cariótipo de C. arabica apresentou quatro sinais de hibridização, dois sinais para o gene DXMT1 possivelmente herdado de C. eugenioides, e dois para o gene DXMT2 proveniente de C. canephora. Todos os sinais de hibridização estavam localizados em cromossomos submetacêntricos na região intersticial do braço longo. A presença de uma cópia do gene DXMT1 em C. eugenioides, uma do gene DXMT2 em C. canephora e duas cópias em C. arabica, sendo uma do gene DXMT1 e outra cópia do gene DXMT2 fornece evidências adicionais para a origem de C. arabica. Portanto, os resultados fornecem a base para a realização de outras abordagens genômicas e evolutivas no gênero Coffea. Além disso, nosso estudo contribui para a caracterização citogenômica de Coffea e também para outras espécies quepossuem os genes NMTs envolvidos na biossíntese da cafeína. Palavras-chave: Mapeamento físico. Café. Citogenômica comparativa. metabolismo secundário. Sequenciamento. Mapa genético.

Caffeine biosynthesis is regulated by genes of the N-methyltransferases (NMTs) family. Among them, the DXMT1 and DXMT2 genes encode enzymes that act in the last reaction of the pathway, converting theobromine into caffeine. Twenty-three NMTs genes are found in the genome of Coffea species. However, cytogenomic studies based on the physical mapping of these genes have not yet been carried out in Coffea or other plant species. These studies can provide information about the genomic organization and evolution of species, such as Coffea eugenioides, Coffea canephora and Coffea arabica. Thus, we aimed to map the DXMT1 and DXMT2 genes, using a single probe, on the mitotic chromosomes of diploids (C. eugenioides and C. canephora) and true allotetraploid (C. arabica) Coffea. The sequence used as probe to map the genes was sequenced. Based on the sequencing data, the similarity was confirmed in relation to the DXMT1 and DXMT2 genes. The karyotypes of the diploid Coffea showed 2n = 2x = 22 chromosomes, and the allotetraploid 2n = 4x = 44 chromosomes. Using the 400 bp probe, we simultaneously mapped the DXMT1 and DXMT2 gene. Two hybridization signals for the DXMT1 gene were identified in C. eugenioides and two signals for the DXMT2 gene in C. canephora. C. arabica karyotype showed four hybridization signals, two signals for the DXMT1 gene possibly inherited from C. eugenioides, and two for the DXMT2 gene from C. canephora. All hybridization signals were mapped in the interstitial region of the long arm of a submetacentric chromosome. The presence of one copy of the DXMT1 gene in C. eugenioides, one copy of the DXMT2 gene in C. canephora, and two copies in C. arabica, one of the DXMT1 gene and the other copy of the DXMT2 gene, provides additional evidence for the true allotetraploid origin of C. arabica. Therefore, the results provide the basis for further genomic and evolutionary approaches in the Coffea genus. In addition, our study contributes to the cytogenomic characterization of Coffea, as well as other species that have NMTs genes involved in caffeine biosynthesis. Keywords: Physical mapping. Coffee. Comparative cytogenomics. Secondary metabolism. Sequencing. Genetic map.