A search for markers of sugarcane evolution

Abstract

Com o propósito de determinar a relação filogenética entre a cana-de-açúcar e membros da subtribo Saccharinae, a região gênica nuclear ITS1-5,8S-ITS2 (ITS: espaçador interno transcrito; 5,8S: DNA ribossomal 5.8S), com alta taxa evolutiva, foi identificada no banco de dados do projeto genoma Sugarcane Expressed Sequence Tag (SUCEST). Uma análise através do método de parcimônia, utilizando esta região e seqüências homólogas de 23 Andropogoneae retiradas da base de dados GenBank, indicou que a cana-de-açúcar é o grupo-irmão de Saccharum sinense. No entanto, devido à pequena quantidade de caracteres informativos para parcimônia e à homoplasia presentes na região ITS1-5,8S-ITS2, não foi possível determinar com segurança a relação filogenética entre a cana-de-açúcar e alguns dos demais membros da tribo Saccharine. Como alternativa para esta baixa resolução, dezessete regiões gênicas nucleares, cloroplasmáticas ou mitocondriais foram selecionadas a partir do banco de dados SUCEST com o objetivo de encontrar marcadores mais apropriados para a reconstrução da filogenia da cana-de-açúcar. Entre elas, aquelas correspondentes à alfa-tubulina, rpl16, e rpoC2 apresentaram baixa incidência de polimorfismo e taxas de evolução equivalentes ou mesmo maiores do que a observada para a região ITS1-5,8S-ITS2. Estes marcadores são propostos como preferenciais para estudos filogenéticos da subtribo Saccharinae.

To determine the phylogenetic relationship between sugarcane cultivars and other members of the Saccharinae subtribe, we identified the fast evolving ITS1-5.8S-ITS2 (ITS = internal transcribed spacer; 5.8S = 5.8S ribosomal DNA) region of the sugarcane genome in the Sugarcane Expressed Sequence Tag (SUCEST) genome project database. Parsimony analysis utilizing this region and homologs belonging to the 23 closely related Andropogoneae currently deposited in the GenBank database has shown sugarcane as the sister group of Saccharum sinense. However, because there are few parsimony-informative characters and high homoplasy in the ITS1-5.8S-ITS2 region we were not able to determine with confidence the phylogenetic relationship between sugarcane and some of the remaining members of Saccharine subtribe. To find alternatives for the phylogenetic reconstruction of sugarcane evolutionary history, we selected 17 markers (nuclear, chloroplastic or mitochondrial) from the SUCEST database of which apha-tubulin, ribosomal protein L16 (rpl16) and DNA-directed RNA polymerase beta chain (rpoC2) were found to have a low incidence of polymorphism and comparable, or even faster, rates of evolution than the ITS1-5.8S-ITS2 region. We suggest that these markers should be considered as preferential choices for phylogenetic studies of Saccharinae subtribe.