Análise Genômica eTranscriptômica de Psidium cattleyanum SabineL. (Myrtaceae) e os mecanismos evolutivos envolvidos na coloração dos frutos

Abstract

A evolução dos caracteres dos frutos nas angiospermas é um importante fator de diversificação. A cor das frutas atua como um sinal para os dispersores de sementes e muitas espécies de plantas diversificam seus frutos devido à seleção natural mutua, como reflexo da coevolução destes agentes, e com isso se adaptam e alcançam novos ambientes. Embora as novidades morfológicas nos frutos, como a cor, sejam conhecidas por desempenhar um papel essencial na dispersão das sementes, os mecanismos ambientais e genéticos que influenciam a evolução desse caráter na natureza ainda são pouco compreendidos. As regiões neotropicais são reconhecidas por possuírem uma grande biodiversidade, abrigando uma variedade de espécies com distintos tipos e cores de frutos. A família Myrtaceae, por exemplo, é uma das famílias mais ricas nos Neotrópicos e apresenta grande variação na cor dos frutos de suas espécies. Psidium cattleyanum Sabine L. é uma espécie de Myrtaceae ecológica e economicamente importante que apresenta uma característica peculiar: a presença de populações de plantas com frutos amarelos e populações com frutos vermelhos. Esses dois grupos morfológicos não receberam status taxonômico e são relatados em alguns estudos como morfotipos. Hipotetizamos que a variação na cor dos frutos tenha evoluído como resultado da adaptação, promovendo diversificação nesta espécie. No presente estudo, o principal objetivo foi investigar as bases moleculares e evolutivas que proporcionaram a diferença na cor dos frutos de P. cattleyanum, através do uso de abordagens de genômica e transcriptômica comparativa. Dados de RNA-Seq de folhas, frutos não maduros e maduros nos permitiram fornecer informações acerca da atividade transcricional durante o amadurecimento dos frutos nestes dois morfotipos. Os dados genômicos foram um importante avanço para a compreensão destas vias, além da obtenção do que aparentemente sejam os primeiros dados genômicos para esta espécie. Dados preliminares da montagem dos genomas indicam que são semelhantes, gerando perspectivas para investigação do perfil da maquinaria gênica envolvida em diferentes processos que podem ser correlacionados quanto à diferença na cor dos frutos desta espécie. Nossos dados e análises nos permitiram identificar potenciais genes envolvidos na biossíntese de pigmentos que foram regulados diferentemente durante o amadurecimento de frutos em frutos vermelhos e amarelos, revelandoquestões promissores para a compreensão das vias envolvidas na maturação e coloração de frutos de P. cattleyanum e serve como um recurso valioso para o entendimento das bases genéticas da evolução das cores dos frutos, direção da evolução da cor dos frutos na diversificação de linhagens / espécies em regiões de biodiversidade como os Neotrópicos.

The evolution of fruit characters in angiosperms is an important factor of diversification. Fruit color acts as a signal to seed dispersers and many plant species have diversified their fruits to adapt to seed dispersal and reach new environments. Although morphological novelties in fruits, such as color, are known to play an essential role in seed dispersal, the environmental and genetic mechanisms that influence the evolution of this character in nature are still poorly understood. The neotropical regions are recognized for their great biodiversity, sheltering a variety of species with different types and colors of fruits. The Myrtaceae family, for example, is one of the richest families in the Neotropics and has great variation in the color of the fruits of its species. Psidium cattleyanum Sabine L. is an ecologically and economically important Myrtaceae species that has a peculiar feature: the presence of yellow fruit and red fruit populations. These two morphological groups did not receive taxonomic status and are reported in some studies as morphotypes. We hypothesized that the variation in fruit color evolved as a result of adaptation, promoting diversification in this species. In the present study, the main objective was to investigate the molecular and evolutionary bases that provided the difference in fruit color of P. cattleyanum, through the use of comparative genomics and transcriptomics approaches. Transcriptomic data from leaves, green and ripe fruits allowed us to provide information about transcriptional activity during fruit ripening in these two morphotypes. Genomic data were a significant advance for the understanding of these pathways, besides obtaining what are apparently the first genomic data for this species. Preliminary data from genome assembly indicate that they are similar about the metrics, generating perspectives to investigate the profile of gene machinery involved in different processes that can be correlated as to the difference in fruit colour of this species. Our genome and transcriptome data allowed us to identify potential genes involved in differently regulated pigment biosynthesis during fruit ripening in red and yellow fruits. This study reveals promising data for understanding the pathways involved in fruit maturation and coloring of P. cattleyanum and serves as a valuable resource for understanding the genetic basis of fruit colour evolution, direction of fruit colour evolution in diversification lineages / species in biodiversity regions such as the Neotropics.