Gametophytic self-incompatibility in eudicots

Dissertação de mestrado em Genética MolecularThe S-RNase based gametophytic self-incompatibility (GSI) system is a genetic mechanism present in Solanaceae, Plantaginaceae, Rosaceae, and Rubiaceae, that prevents self-fertilization. This system emerged before the split between Asteridae and Rosidae, about 120 million years ago (MYa), and thus, it is expected to be present in many self-incompatible (SI) species belonging to these subclasses. Although the system is ancestral, within the Rosaceae family, there is evidence for convergent evolution. Namely, Malus and Prunus S-RNase and S-pollen genes belong to distinct gene lineages. Furthermore, in Fragaria lineage (that is ancestral to Malus and Prunus) there is evidence for the presence of the Prunus S-RNase and S-haplotype specific F-box (SFB) lineage only. To understand the ancestral Rosaceae S-locus region, putative T2-RNases were characterized from Rosa (Roseae) and Rubus (Rubeae) genomes. Phylogenetic analyses were performed to identify putative S-locus genes. Such data is fundamental to perform segregation experiments, that are crucial to find the functional S-RNase gene. To explore the hypothesis that different S-RNase lineage genes can be recruited for GSI, as observed in Rosaceae, we also characterized Fabaceae S-RNase lineage genes, in order to identify the functional S-RNase gene. Fabaceae is a Rosidae, and SI species, such as Trifolium pratense, are expect to present S-RNase based GSI. Phylogenetic analyses of S-RNase lineage genes in five Fabaceae genomes, including one from T. pratense (Tatra cultivar), revealed 14 of these genes. Those genes that cluster with Prunus and Malus S-RNases present levels of diversity and expression that are incompatible with their involvement in GSI specificity determination. In this work we annotated the S-RNase lineage genes from the genome of T. pratense Milvus B cultivar, that has been assembled into chromosomes. Levels of diversity and expression analyses were performed for T. pratense T2-RNase lineage genes, in order to address their involvement in GSI specificity determination.O sistema de autoincompatibilidade gametofítica (AIG) mediado por S-RNases é um mecanismo genético presente nas famílias Solanaceae, Plantaginaceae, Rosaceae e Rubiaceae, que previne a autofecundação. Este sistema surgiu antes da divisão entre Asteridae e Rosidae, há cerca de 120 milhões de anos, sendo esperado que este esteja presente na maioria das espécies autoincompatíveis (AI) destas subclasses. Embora o sistema seja ancestral, há evidências para evolução convergente na família Rosaceae. Nomeadamente, os genes das S-RNases e dos S-pólen dos géneros Malus e Prunus que pertencem a linhagens distintas. Além disso, na linhagem de Fragaria (que é ancestral a Malus e Prunus) há evidência, unicamente, para a presença dos genes S-RNase e S-haplotype specific F-box (SFB) da linhagem de Prunus. Para compreender a região ancestral do S-locus em Rosaceae, genes T2-RNases putativos foram caracterizados nos genomas de Rosa (Roseae) e Rubus (Rubeae). Foram realizadas análises filogenéticas de forma a se identificar os genes putativos do S-locus. Estes dados são fundamentais para a realização de experiências de segregação, as quais são cruciais para a descoberta do gene S-RNase funcional. Explorando a hipótese que diferentes linhagens do gene S-RNase podem ser recrutadas para AIG, como observado em Rosaceae, nós caracterizamos, também, genes da linhagem das SRNases na família Fabaceae, de forma a identificar o gene S-RNase funcional. Fabaceae é uma Rosidae, e em espécies AI, como Trifolium pratense, é esperada a existência de AIG mediada por S-RNases. Análises filogenéticas de linhagens de genes S-RNase em cinco genomas de espécies da família Fabaceae, incluindo um de T. pratense (cultivar Tatra), revelaram 14 destes genes. Os genes que se agrupam com os genes S-RNase de Prunus e Malus apresentam níveis de polimorfismo e padrões de expressão incompatíveis com o envolvimento na determinação da especificidade na AIG. Neste trabalho, caracterizamos os genes da linhagem S-RNase do genoma de T. pratense do cultivar Milvus B, o qual foi organizado em cromossomas. Níveis de polimorfismo e análises de expressão foram realizadas para os genes de T. pratense da linhagem das T2- RNases, de forma a verificar o seu envolvimento na determinação da especificidade da AIG.This work was financed by FEDER - Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional funds through the COMPETE 2020 - Operacional Programme for Competitiveness and Internationalisation (POCI), Portugal 2020, and by Portuguese funds through FCT - Fundação para a Ciência e a Tecnologia/Ministério da Ciência, Tecnologia e Ensino Superior in the framework of the project "Institute for Research and Innovation in Health Sciences" (POCI-01-0145-FEDER-007274)