Variação no tamanho dos genomas reflete processos adaptativos em Coffea L.

Abstract

O paradoxo C, ou a ausência de correlação entre o tamanho do genoma e a complexidade dos organismos vem provocando a ciência a explicar tal falta de correlação. Diante disto, alguns autores vêm mostrando que, em alguns grupos, o tamanho do genoma se correlaciona significativamente com algum caráter fenotípico, o que vem sendo interpretado como possível papel do tamanho do genoma na adaptação dos organismos. Neste trabalho, investigamos o sinal filogenético da variação do tamanho dos genomas das espécies diploides de Coffea L. que ocorrem naturalmente na África, Ásia e ilhas do Oceano Índico, na costa oriental da África. Nós utilizamos literatura atualizada e bancos de dados na busca dos tamanhos de genoma propriamente ditos, do teor de cafeína e das áreas de ocorrência de cada espécie para determinar a latitude mínima e máxima, além da altitude máxima onde cada espécie ocorre. Estimamos ainda a temperatura mínima das estações frias e a máxima das estações quentes que atingiram cada uma das coordenadas de ocorrência de cada espécie nos últimos dez anos. Nossos resultados mostraram que o tamanho do genoma apresenta sinal filogenético e que este caráter se correlacionou significativamente com o teor de cafeína das diferentes espécies e com as latitudes de ocorrência das mesmas. Encontramos ainda evidências de que, diferentemente de hipóteses anteriores, a produção de cafeína foi herdada dos ancestrais do gênero, ainda que em pequenas doses. Segundo nossos resultados, algumas espécies perderam a capacidade de produzir a substância enquanto outras apresentaram aumentos significativos no teor de cafeína, o que ocorreu independentemente duas vezes, uma no clado de espécies que ocupam regiões da África Central e Ocidental mais próximas ao Equador e outra em espécies que se estabeleceram em ambientes específicos em Madagascar. Nossos resultados sugeriram ainda que a variação do valor-C pode ser considerada um processo adaptativo, desde que investigada em taxa filogeneticamente próximos. Observamos também que mesmo em grupos com tamanhos de genoma reduzidos e pouco variáveis podem ser detectados eventos raros de aumento do genoma, que podem ter contribuído para a adaptação de algumas espécies a seus ambientes. Palavras-chave: Métodos filogenéticos comparativos. África, Ásia. Ilhas do Oceano Índico. Duplicação gênica. Perda de genes codificadores.

The C-paradox, or the correlation absence between genome size and organisms' complexity, has been inducing the science to explain such absence of correlation. Regardless, some authors have been showing that, in some groups, the genome size correlates significantly with some phenotypic character, which they interpreted as a putative adaptative role of the trait. In this work, we investigated the phylogenetic signal of genome size variation in diploid species of Coffea L. that naturally occur in Africa, Asia, and the Indian Ocean islands near the east coast of Africa. First, we searched for specific genome sizes, caffeine content, and areas of occurrence in updated literature and databases. Then, based on the geographic coordinates that the individuals occur, we determined the maximum altitude and the minimum and maximum latitude of each species. Finally, we estimated the minimum temperature of the cold seasons and the maximum temperature of the warm seasons of each coordinate to determine the temperature extremes over the last ten years. Our results revealed that the genome size has phylogenetic signal correlates significantly with the caffeine content and extreme latitudes. We also found that the current Coffea species inherited caffeine from the genus's ancestral, different from previous findings. According to our results, such ancestral produced a small dose of caffeine. Some species lost the ability to produce the substance. In contrast, others underwent significant increases in caffeine content, which occurred twice, the first in the clade of Central and Occidental Africa species close to the Equator and the second in a specific clade of Madagascar species. Our results also allow us to consider the C-value variation as an adaptive process, provided it is investigated in phylogenetically close taxa. We also saw that even in groups with small and poorly variable genome sizes, it is possible to detect rare events of genome increases, which may have contributed to the adaptation of some species to their environments. Keywords: Comparative phylogenetic methods. African, Asian. Indian ocean islands. Genic duplication. Loss of coding genes.