Aspectos funcionais e evolutivos da família WAK em Oryza Sativa

Abstract

O ambiente é um sistema dinâmico que está sempre mudando e a capacidade de reconhecimento dessas modificações é uma característica crucial para a vida. A família gênica RLK (do inglês Receptor-Like Kinase) engloba as proteínas receptoras do tipo quinase que estão aptas a reconhecer sinais ambientais, através de seu domínio extracelular, e ativar uma cascata de sinalização por modificações pós-traducionais em outras proteínas utilizando a atividade de fosforilação de seu domínio quinase. A subfamília WAK (do inglês The Wall-Associated Kinase) pertence a família gênica RLK, sendo que algumas proteínas desta subfamília foram identificados associados fisicamente à parede celular, sugerindo estes genes como fortes candidatos para agir como sensores, ligando diretamente o ambiente extracelular com o citoplasma e desencadeando sinais intracelulares. Os genes WAK formam uma grande subfamília em arroz, com 130 genes descritos para a subespécie japonica, em comparação aos 27 genes WAK descritos para arabidopsis. A ausência de dados sobre a expansão desta subfamília e suas implicações nas plantas justifica uma análise evolutiva e estrutural entre os membros da subfamília WAK de arabidopsis e arroz, com uma comparação mais extensiva entre os genomas das subespécies de arroz indica e japonica. Quando a organização e os resíduos conservados do domínio quinase das WAKs foram comparados com a superfamília de proteínas quinases de eucariotos, a identificação de dois grupos distintos de WAKs tornou- se evidente em arabidopsis e arroz. Um grupo é formado somente por OsWAKs que provavelmente se expandiu depois da separação entre monocotiledônea- dicotiledônea, os quais derivaram para a classe de quinases não-RD. O outro grupo corresponde à classe RD-quinase, sendo esta a classe de quinase mais frequente entre os eucariotos, formado por ambos os genes AtWAK e OsWAK. Além disso, com os resultados de comparação entre os genomas das subespécies indica e japonica foi possível identificar uma grande variação com relação aos domínios das proteínas e ao padrão de expressão entre os genes OsWAK dessas subespécies. O conjunto de resultados sugere que as WAKs constituem duas subfamílias evolutivamente relacionadas, mas independentes: OsWAK-RD e WAK-nonRD. O reconhecimento desta divisão poderá contribuir para a compreensão das funções e regulação das WAKs.

The environment is a dynamic system, which is always changing and the recognition of its modifications is a crucial feature for life. The RLK is a gene family of receptor quinase in plants that are able to recognize the environment signals, through its extracellular domain, and activating a signal cascade through the post-translational modifications of others protein using the phosphorylation activity from the quinase domain. The Wall-Associated Kinase (WAK) is a subfamily from RLK, with some members identified as associated to the cell wall, suggesting these genes are strong candidates to act as sensors directly linking the extracellular environment to the citoplasm and triggering intracellular signals. The WAK is a large subfamily in rice genome, with 130 genes being described in japonica, compared to the twenty-seven in A. thaliana. The absence of data about this gene subfamily expansion and their implications for plants, justify an evolutionary and structural analysis of A. thaliana and O. sativa members of the WAK subfamily, with a more extensive comparison between genomes of japonica and indica rice subspecies. When the organization of plant WAK domains and conserved residues are compared with those of other eukaryotes protein kinase superfamilies, the identification of two distinct groups of WAKs become evident in Arabidopsis and Rice. One group corresponds to a cluster containing just OsWAK that should have expanded after the monocot-dicot separation, which evolved to form a non-RD kinase class. The other group corresponds to the classical RD-kinases with both AtWAK and OsWAK representatives. Moreover, by comparing OsWAK from indica and japonica subspecies was possible to identify a large divergence in the protein domain features and gene pattern expression. We propose that plant WAKs constitutes two evolutionary related but independent subfamilies: the WAK-RD and the WAK- nonRD. The recognition of this division would contribute to the understanding of WAK function and regulation.