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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.11.2023.tde-06122023-180741
Document
Author
Full name
Wendy Teresa Abregu Olarte
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2023
Supervisor
Committee
Vieira, Maria Lucia Carneiro (President)
Souza, Anete Pereira de
Varani, Alessandro de Mello
Title in English
Mitochondrial genome analysis in Passiflora
Keywords in English
Gene transfer
Genome contente
Genome structure
Hybrid assembly
Malpighiales
Abstract in English
The genus Passiflora comprises approximately 525 species that represent a vast morphological diversity which serves as the basis for taxonomic classification into subgenera and sections. However, genomic studies are still emerging. Some initiatives have been developed to unravel the nuclear and organellar genome structure of some Passiflora species. So far, it can be said that plastid genomes (cpDNA) are better documented. Nevertheless, there is a lack of information on the mitochondrial genome (mtDNA), which should allow complementing evolutionary studies on the genus. Plant mtDNA shows remarkable variability in terms of genome size and structure, attributed to repetitive DNA sequences involved in homologous recombination and intracellular gene transfer (IGT). Regardless, despite its variability plant, mtDNA does not contain a large repertoire of genes. Instead, it maintains essential genes related to oxidative phosphorylation where the electron transport chain occurs. Our research group initially documented the mtDNA of P. organensis (subgenus Decaloba). In the present study, a hybrid assembly approach using short and long reads generated from Illumina and Oxford Nanopore technologies was employed to unravel the mtDNA of three Passiflora species: P. haematostigma (subgenus Astrophea), P. alata, and P. edulis (subgenus Passiflora). Our aim was to produce new genomic resources and generate knowledge that may be useful in evolutionary approaches to the genus. Despite our efforts, we were unable to capture a single circular molecule representing the "master circle". For P. haematostigma, three circular sequences with lengths of 275,820, 162,684, and 110,306 bp were identified. In contrast with P. edulis and P. alata, a single sequence with lengths of 737,209 and 693,479 bp, were respectively identified. These mtDNA genomes contain a conserved set of 32 protein-coding genes and 3 rRNA genes in the three species, accompanied by a variable number of tRNA genes ranging from 25 to 34. Interestingly, plastidial DNA insertion sites were observed in P. organensis and all three Passiflora species, ranging from ∽3 to ∽5%, highlighting the influence of IGT events on mtDNA size variation. These remarkable results on the structural and functional arrangement of Astrophea, Passiflora, and Decaloba mtDNAs suggest that further studies should be conducted to understand the possible relationship between the organization of mitochondrial genomes and the evolutionary patterns of the genus.
Title in Portuguese
Análise de genomas mitocondriais em Passiflora
Keywords in Portuguese
Conteúdo do genoma
Estrutura do genoma
Malpighiales
Montagem híbrida
Transferência de genes
Abstract in Portuguese
O gênero Passiflora compreende aproximadamente 525 espécies que apresentam uma grande diversidade morfológica a qual serve de base para a classificação taxonômica em subgêneros e seções. Porém, estudos genômicos ainda são incipientes. Foram desenvolvidas algumas iniciativas para desvendar a estrutura do genoma nuclear e organelar de parte das espécies de Passiflora. Pode-se dizer que, até agora, somente os genomas plastidiais (cpDNA) estão mais bem documentados. No entanto, existe uma falta de informação sobre o genoma mitocondrial (mtDNA), o que deve permitir complementar os estudos evolutivos sobre o gênero. O mtDNA das plantas apresenta uma variabilidade notável em termos de tamanho e estrutura do genoma, atribuída a sequências repetitivas de DNA envolvidas na recombinação homóloga e na transferência intracelular de genes (IGT). No entanto, apesar da sua variabilidade, o mtDNA das plantas não contém um grande repertório de genes. Em vez disso, mantém genes essenciais relacionados à fosforilação oxidativa onde ocorre a cadeia de transporte de elétrons. O nosso grupo de investigação documentou inicialmente o mtDNA de P. organensis (subgênero Decaloba). No presente estudo, foi empregada uma abordagem de montagem híbrida usando leituras curtas e longas geradas a partir das tecnologias Illumina e Oxford Nanopore para desvendar o mtDNA de três espécies de Passiflora: P. haematostigma (subgênero Astrophea), P. alata e P. edulis (subgênero Passiflora). O nosso objetivo foi produzir novos recursos genômicos e gerar conhecimento que possa ser útil em estudos evolutivos sobre o gênero. Apesar dos nossos esforços, não foi possível capturar uma única molécula circular que representasse o "círculo mestre". Para P. haematostigma, foram identificadas três sequências circulares com comprimentos de 275.820, 162.684 e 110.306 pb. Em contraste, para P. edulis e P. alata, uma única sequência com comprimento de 737.209 e 693.479 pb, respectivamente, foram identificadas. Estes genomas de mtDNA contêm um conjunto conservado de 32 genes codificadores de proteínas e 3 genes de rRNA nas três espécies, acompanhados por um número variável de genes de tRNA, entre 25 e 34. Curiosamente, foram observados sítios de inserção de DNA plastidial em P. organensis e nas três espécies de Passiflora, variando de ∽3 a ∽5%, destacando a influência dos eventos IGT na variação do tamanho do mtDNA. Estes resultados notáveis sobre o arranjo estrutural e funcional dos mtDNAs de Astrophea, Passiflora e Decaloba sugerem que novos estudos sejam conduzidos visando entender a possível relação entre a organização dos genomas mitocondriais e os padrões evolutivos do gênero.
 
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Release Date
2025-09-27
Publishing Date
2023-12-18
 
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