Ascorbate-Glutathione Cycle Genes Families in Euphorbiaceae: Characterization and Evolutionary Analysis
Douglas Jardim-Messeder,
Ygor de Souza-Vieira,
Lucas Corrêa Lavaquial,
Daniela Cassol,
Vanessa Galhego,
Gabriel Afonso Bastos,
Thais Felix-Cordeiro,
Régis Lopes Corrêa,
Marcel Zámocký,
Márcia Margis-Pinheiro,
Gilberto Sachetto-Martins
Affiliations
Douglas Jardim-Messeder
Laboratório de Genômica Funcional e Transdução de Sinal, Departamento de Genética, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Avenida Carlos Chagas Filho 373, Cidade Universitária, Rio de Janeiro 21941-590, Brazil
Ygor de Souza-Vieira
Laboratório de Genômica Funcional e Transdução de Sinal, Departamento de Genética, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Avenida Carlos Chagas Filho 373, Cidade Universitária, Rio de Janeiro 21941-590, Brazil
Lucas Corrêa Lavaquial
Laboratório de Genômica Funcional e Transdução de Sinal, Departamento de Genética, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Avenida Carlos Chagas Filho 373, Cidade Universitária, Rio de Janeiro 21941-590, Brazil
Daniela Cassol
Laboratório de Genômica Funcional e Transdução de Sinal, Departamento de Genética, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Avenida Carlos Chagas Filho 373, Cidade Universitária, Rio de Janeiro 21941-590, Brazil
Vanessa Galhego
Laboratório de Genômica Funcional e Transdução de Sinal, Departamento de Genética, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Avenida Carlos Chagas Filho 373, Cidade Universitária, Rio de Janeiro 21941-590, Brazil
Gabriel Afonso Bastos
Laboratório de Genômica Funcional e Transdução de Sinal, Departamento de Genética, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Avenida Carlos Chagas Filho 373, Cidade Universitária, Rio de Janeiro 21941-590, Brazil
Thais Felix-Cordeiro
Laboratório de Genômica Funcional e Transdução de Sinal, Departamento de Genética, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Avenida Carlos Chagas Filho 373, Cidade Universitária, Rio de Janeiro 21941-590, Brazil
Régis Lopes Corrêa
Laboratório de Genômica Funcional e Transdução de Sinal, Departamento de Genética, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Avenida Carlos Chagas Filho 373, Cidade Universitária, Rio de Janeiro 21941-590, Brazil
Marcel Zámocký
Laboratory of Phylogenomic Ecology, Institute of Molecular Biology, Slovak Academy of Sciences, Dúbravská cesta 21, 84551 Bratislava, Slovakia
Márcia Margis-Pinheiro
Laboratório de Genômica Funcional de Plantas, Departamento de Genética, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Avenida Bento Gonçalves 9500, Agronomia, Porto Alegre 90650-001, Brazil
Gilberto Sachetto-Martins
Laboratório de Genômica Funcional e Transdução de Sinal, Departamento de Genética, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Avenida Carlos Chagas Filho 373, Cidade Universitária, Rio de Janeiro 21941-590, Brazil
Ascorbate peroxidase (APX), Monodehydroascorbate Reductase (MDAR), Dehydroascorbate Reductase (DHAR) and Glutathione Reductase (GR) enzymes participate in the ascorbate-glutathione cycle, which exerts a central role in the antioxidant metabolism in plants. Despite the importance of this antioxidant system in different signal transduction networks related to development and response to environmental stresses, the pathway has not yet been comprehensively characterized in many crop plants. Among different eudicotyledons, the Euphorbiaceae family is particularly diverse with some species highly tolerant to drought. Here the APX, MDAR, DHAR, and GR genes in Ricinus communis, Jatropha curcas, Manihot esculenta, and Hevea brasiliensis were identified and characterized. The comprehensive phylogenetic and genomic analyses allowed the classification of the genes into different classes, equivalent to cytosolic, peroxisomal, chloroplastic, and mitochondrial enzymes, and revealed the duplication events that contribute to the expansion of these families within plant genomes. Due to the high drought stress tolerance of Ricinus communis, the expression patterns of ascorbate-glutathione cycle genes in response to drought were also analyzed in leaves and roots, indicating a differential expression during the stress. Altogether, these data contributed to the characterization of the expression pattern and evolutionary analysis of these genes, filling the gap in the proposed functions of core components of the antioxidant mechanism during stress response in an economically relevant group of plants.
