Origem e diversificação da família gênica P5CS - Filgueiras, João Pedro do Carmo (2021)
Em resposta a vários estresses, o acúmulo de prolina ocorre em bactérias, protozoários, invertebrados marinhos e em plantas. Em animais e plantas, a prolina também desempenha outras funções fisiológicas. A principal via de biossíntese da prolina tem o glutamato como substrato e ocorre por três reações enzimáticas. Em procariotos, alguns eucariotos unicelulares e fungos, a primeira e a segunda reação são catalisadas pelas enzimas γ-GK e γ-GPR, que são codificadas pelos genes ProB e ProA, respectivamente. Em animais, plantas e em alguns eucariotos unicelulares um único gene, denominado P5CS, codifica uma enzima bifuncional com os domínios, GK e GPR, responsável pela primeira e segunda reações na biossíntese de prolina. Tendo em vista a importância fisiológica da prolina e do seu metabolismo nos organismos vivos, o principal objetivo deste trabalho é elucidar a história evolutiva da família gênica P5CS. Apesar de serem encontrados outros estudos que abordam aspectos evolutivos do P5CS, eles não utilizam uma grande amostragem ou ficam restritos a apenas animais ou plantas, tendo assim, questões ainda em aberto, principalmente quanto a origem e diversificação deste gene. Portanto, para atingir nossos objetivos, usamos uma abordagem filogenética com uma ampla amostragem dos genes P5CS, ProB e ProA, incluindo espécies dos três domínios da vida. As sequências foram recuperadas dos bancos de dados genômicos Ensembl e JGI. No total, foram obtidas 479 sequências de P5CS de 334 espécies, 661 sequências de ProB de 603 espécies e 612 sequências de ProA de 598 espécies. Os alinhamentos e análises filogenéticas de Máxima Verossimilhança e Bayesiana foram realizadas separadamente para os genes ProA, ProB e P5CS. Para entender o relacionamento do gene P5CS com os homólogos ProA e ProB, realizamos análises filogenéticas com os domínios GK e GPR separados e incluindo em cada conjunto de dados as sequências dos genes ProB e ProA. Foram realizadas também análises de seleção com o gene P5CS. Em geral, a filogenia estimada dos genes P5CS, ProB e ProA, concordam com a filogenia das espécies. Nas filogenias dos domínios temos a formação de dois grandes clados, mostrando uma clara separação entre o gene P5CS e seus homólogos ProB/ProA. Analisando este resultado em conjunto com a árvore das espécies, sugerimos que o gene P5CS descende de um único evento de fusão que ocorreu no ancestral de alguma linhagem eucariótica, e sendo disseminada para outros grupos via transferência horizontal de genes, uma vez que na árvore das espécies a característica “possuir P5CS” forma um grupo polifilético. A topologia encontrada no gene P5CS de plantas nos mostra que estas espécies sofreram diversos processos independentes de duplicação e perdas gênicas. Foram também identificados sítios sob seleção positiva no P5CS das plantas, no qual se encontram diferentes resíduos entre os parálogos, o que pode estar relacionado com a subfuncionalização encontrada em algumas espécies. Foram também identificados sob seleção positiva importantes sítios do P5CS de espécies de animais, no qual se tem registro de mutações com efeitos deletérios em humanos. Nosso trabalho traz novas evidências sobre a origem do gene P5CS e da sua diversificação na linhagem dos animais e principalmente na linhagem das plantas.