Evolução molecular e análise estrutural da enzima Granule-Bound Starch Synthase (GBSS) em angiospermas
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Universidade Federal do Oeste do Pará
Resumo
The main storage carbohydrate in plants is starch, a natural resource of global importance
for consumption that is part of human food, stock animal feed, as well as raw material for
several industries. However, there are not many studies on the enzyme that synthesizes
this carbohydrate, both in terms of its structure and function and its evolutionary history
in the general context of angiosperms. This study uses a comprehensive phylogenetic
analysis of the Waxy gene encoding the GBSS (Granule-Bound Starch Synthase) enzyme
to better understand its evolutionary history. Furthermore, the protein structure contains
two isoforms. To determine the structures, homology modeling was used, in addition to
structural alignment to verify conserved regions. Phylogenetic analysis showed that the
gene encoding the GBSS enzyme is highly conserved in angiosperms, separating large
phylogenetic groups such as monocotyledons and dicotyledons. The enzyme contains two
isoforms, GBSSI and GBSSII, and this diversification may be related to duplication
processes in plant genomes. Although the general structure of the isoforms is similar,
there is structural variation in the amino acid sequence. This study provides a
comprehensive understanding of the evolutionary and structural history of the main
enzyme involved in starch synthesis and these results should support future studies that
aim to increase the understanding of starch biosynthesis and the evolutionary and
functional divergence of GBSS in plants.
Resumo
O principal carboidrato de armazenamento em plantas é o amido, um recurso natural de
importância global para alimentação que faz parte de alimentos para humanos, ração para
animais de criação, além de matéria prima para diversas indústrias. No entanto, não há
muitos estudos sobre a enzima que sintetiza este carboidrato, tanto em relação sobre sua
estrutura e função como sua história evolutiva no contexto geral das angiospermas. Este
estudo utiliza uma análise filogenética abrangente do gene Waxy que codificam a enzima
GBSS (Granule-Bound Starch Synthse) para compreender melhor sua história evolutiva.
Além disso, a estrutura proteica contém duas isoformas. Para determinar as estruturas foi
utilizado modelagem por homologia, além de alinhamento estrutural para verificar
regiões conservadas. A análise filogenética mostrou que o gene que codifica a enzima
GBSS é bastante conservado em angiospermas, separando bem grandes grupos
filogenéticos como monocotiledôneas e dicotiledôneas. A enzima contém duas isoformas,
GBSSI e GBSSII e essa diversificação pode estar relacionada a processos de duplicação
nos genomas de plantas. Apesar da estrutura geral das isoformas ser similar, há variação
estrutural na sequência de aminoácidos. Este estudo fornece uma compreensão
abrangente da história evolutiva e estrutural da principal enzima envolvida na síntese do
amido e esses resultados devem apoiar estudos futuros que visam aumentar a
compreensão da biossíntese de amido e a divergência evolutiva e funcional da GBSS em
plantas.
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LEONARDO, Elvis Santos. Evolução molecular e análise estrutural da enzima Granule-Bound Starch Synthase (GBSS) em angiospermas. Orientador: Thiago Jose de Carvalho André; Coorientador: Kauê Santana da Costa. 2023. 40 f. Dissertação (Mestrado em Biodiversidade) - Instituto de Ciências e Tecnologia das Águas, Programa de Pós-graduação em Biodiversidade, Universidade Federal do Oeste do Pará, Santarém, 2023. Disponível em: https://repositorio.ufopa.edu.br/handle/123456789/2621. Acesso em: .
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