FERNANDO ROA OVALLE ANÁLISE DA DISTRIBUIÇÃO DOS SÍTIOS DE DNA RIBOSSOMAL 5S E 45S EM CARIÓTIPOS DE ESPÉCIES VEGETAIS RECIFE 2011 FERNANDO ROA OVALLE ANÁLISE DA DISTRIBUIÇÃO DOS SÍTIOS DE DNA RIBOSSOMAL 5S E 45S EM CARIÓTIPOS DE ESPÉCIES VEGETAIS Tese apresentada ao Programa de Pós- Graduação em Biologia Vegetal da Universidade Federal de Pernambuco como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Doutor em Biologia Vegetal. Orientador: Prof. Marcelo Guerra RECIFE 2011 Ovalle, Fernando Roa Análise da distribuição dos sítios de DNA ribossomal 5S e 45S em cariótipos de espécies vegetais/ Fernando Roa Ovalle. – Recife: O Autor, 2011. 203 folhas : il., fig., tab. Orientador: Marcelo dos Santos Guerra Filho Tese (doutorado) – Universidade Federal de Pernambuco, Centro de Ciências Biológicas. Biologia Vegetal, 2011. Inclui bibliografia 1. Citogenética 2. Plantas- genética 3. DNA I. Título. 572.8 CDD (22.ed.) UFPE/CCB-2011-238 Dedicado a Mis padres, hermanos, sobrino, amigos, colegas, por su apoyo ayuda y amistad Agradecimientos: Al profesor Marcelo Guerra por su amistad, por invitarme a participar y por dirigir este trabajo A mi familia por su amor, el apoyo tecnológico y el apoyo económico A los institutos de investigación Brasileños y la UFPE que representando el gobierno y el pueblo brasileño me financiaron con la beca CNPq y otras ayudas financieras y disponibilizaron las revistas científicas estudiadas A la profesora Isabelle Meunier por su colaboración con la estadística de este proyecto A los miembros del programa de Posgraduación en Biologia Vegetal, Hildebrando, Andrea, Ariadna, Marcelo Tabarelli, Mauro Guida por su colaboración con los diferentes trámites durante el doctorado A los miembros evaluadores, Andrea Pedrosa-Harand, Ana Benko, Diogo Cabral, Wagner Franco y Cícero por sus comentarios y sugerencias A mis colegas y amigos, Gustavo, André, Aretuza, Magdalena, Fagnar, Gilvanice, Sandra, Liliane, Artur, Tiago Ribeiro, Tiago Esposito, Lidiane, Ana Emilia, Joana, Silvokleio, Juan Carlos Borja por su apoyo, su compañía y las correcciones del texto i SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS ......................................................................................................... iii LISTA DE TABELAS ........................................................................................................ vii 1. APRESENTAÇÃO ......................................................................................................... 1 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .................................................................................. 2 2.1. Os genes de RNA ribossomal ............................................................................ 2 2.1.1. Tipos de genes de RNA ribossomal ......................................................... 2 2.1.2. Nomenclatura ........................................................................................... 2 2.1.3. Organização dos genes de RNA ribossomal ............................................ 3 2.1.4. Estrutura dos genes de DNAr ................................................................... 3 2.1.5. Evolução em concerto da sequência de DNAr ........................................ 4 2.2. Síntese dos ribossomos........................................................................................ 6 2.2.1. Regulação da síntese de RNAr e proteínas ribossomais .......................... 6 2.2.2. Montagem dos ribossomos ....................................................................... 11 2.2.3. Os componentes do ribossomo de organelas ............................................ 13 2.3. Organização das sequências ao longo do cromossomo .................................... 16 2.4. Organização cromossômica em interfase............................................................. 17 2.5. Distribuição cromossômica dos genes de RNAr 45S ......................................... 19 2.6. Localização do DNAr 5S e 45S em cariótipos com cromossomos acrocêntricos 21 2.7. Proximidade do DNAr 5S e 45S no genoma nuclear ......................................... 22 2.8. Variação no número e posição dos sítios de DNA ribossomal .......................... 23 2.8.1. Origem da variação em número e posição dos sítios de DNAr..................... 23 2.8.2. Variação intra-específica ......................................................................... 25 2.8.3. Variação intra-genérica ............................................................................ 27 2.8.4. Variação no número e posição dos sítios de DNAr em diferentes níveis de ploidia ........................................................................................................... 28 2.8.5. Significado da variação dos sítios de DNAr na taxonomia ..................... 29 2.9. Relação entre espaçadores do DNA ribossomal e outras sequências repetitivas do genoma ............................................................................................................... 29 3. REFERÊNCIAS ............................................................................................................ 31 4. MANUSCRITO A SER SUBMETIDO À REVISTA BMC PLANT BIOLOGY Distribuição dos sítios de DNAr 45S em cromossomos de plantas .................................... 46 ii 5. MANUSCRITO A SER SUBMETIDO À REVISTA BMC PLANT BIOLOGY Distribuição cromossômica dos sítios de DNAr 5S e sua associação com sítios de DNAr 45S em plantas ..................................................................................................................... 124 6. CONCLUSÕES ............................................................................................................ 198 7. RESUMO .................................................................................................................... 200 8. ABSTRACT ................................................................................................................... 202 iii LISTA DE FIGURAS 2.FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Figura 1. Unidades de repetição dos DNAr 45S (a) e 5S (b) em eucariotas e tamanho aproximado em pares de bases (baseado em [47, 54, 58]) ............................. 5 Figura 2. Método do arm frame [10]. Os centrômeros de cromossomos representados por linhas horizontais estão alinhados num eixo vertical. O braço com sítio de DNAr (cinza) está localizado à direita segundo seu tamanho nos dois eixos com escala. Dessa maneira, os telômeros do braço com sítio estão alinhados num ângulo de 45 ̊ em relação aos eixos ...................................................................... 19 4. MANUSCRITO A SER SUBMETIDO À REVISTA BMC PLANT BIOLOGY: Distribuição dos sítios de DNAr 45S em cromossomos de plantas Figura 1. Variação no número de sítios de DNAr por cariótipo, excluindo-se apenas os citótipos poliploides. a: angiospermas; b: gimnospermas. MO: moda; ME: mediana ................................................................................................................ 70 Figura 2. Frequência de sítios de DNAr ao longo do cromossomo. a, angiospermas; b, gimnospermas; cen, região centromérica; p, proximais; ip, intersticial-proximal; it, intersticial-terminal; ter, terminal; bt, ocupando todo o braço.................................. 71 Figura 3. Distribuição dos sítios de DNAr 45S nos acrocêntricos, no braço curto, ou ainda ocupando todo o braço curto em cariótipos com diferentes proporções de acrocêntricos, incluindo os que possuem sítio único e sítios múltiplos. (As porcentagens foram calculadas em relação ao número total de sítios indicados abaixo da figura) .......................................................................................................... 72 Figura 4. Distribuição dos sítios de DNAr 45S no arm frame. a: Os cromossomos estão representados por uma linha cinza e o sítio por uma pequena linha preta. 44 cromossomos com sítios nos dois braços cromossômicos foram desenhados duas vezes em diferentes sentidos. b: Representação da função de intensidade (densidade) de sítios de DNAr 45S no arm frame na amostra total (419 angiospermas e 32 gimnospermas), onde a maior densidade corresponde a sítios que ocupam todo o braço ............................................................................................ 73 iv Figura 5. Distribuição relativa dos sítios de DNAr ao longo do braço cromossômico portador do DNAr nos clados melhor amostradas de angiospermas (a) e nos sete gêneros de gimnospermas investigados (b). O número de cariótipos aparece entre parêntese. A posição do sítio foi relativizada transformando-se a distância absoluta do sítio ao centrômero em um valor percentual da distância centrômero - telômero do braço portador do sítio. Essa análise não inclui os sítios que ocupam todo o braço (bt) …………………...................................………….….. 74 Figura 6. Distribuição dos sítios ao longo do braço nos clados melhor amostrados de angiospermas (a) e gimnospermas (b). A posição do sítio foi localizada em uma das quatro regiões do braço cromossômico ou em todo o braço. p, proximal; ip, intersticial-proximal; it, intersticial-terminal; t, terminal; bt, ocupando todo o braço. Entre parêntese aparece o número de cariótipos analisados de cada clado ................. 75 Figura S1. Distribuição dos sítios de DNAr em representantes da família Alliaceae, considerando-se a variação por gênero (a) e a densidade de sítios por região cromossômica (b). A linha diagonal representa a posição do telômero em braços de diferentes tamanhos ...................................................................................................