Identification and evolutionary relationships of partial gene sequences from dehydrin group in three species of cacti

Abstract

"Dehydrins or Group 2 Late Embryogenesis Abundant (LEA) proteins play an important role in the response and adaptation to different types of abiotic stresses such as droughts, high salinity and low temperatures. Using PCR techniques, we identified three gene fragments that encoded dehydrin-like proteins in three cacti species Opuntia ficus-indica (OpfiDHN-like), Leuchtenbergia principis (LepDHN-like) and Mammillaria bombycina (MabDHN-like). Bioinformatic sequence analysis showed an identity between 96 and 97% with the Opuntia streptacantha dehydrin 1 (OpsDHN1) gene, demonstrating that the amplified fragments corresponded to dehydrin- like gene sequences, and that the designed oligonucleotides were effective for similar gene amplification in different cacti genera. Multiple OpfiDHN-like, LepDHN-like and MabDHN-like alignments showed that they possessed three repetitions of the conserved K segment. Also, a histidine rich motif was found, which is believed to facilitate the binding of these proteins with metal ions that probably evolved differently in the Opuntioidea and Cactoidea subfamilies of the Cactaceae family. Bioinformatic tools demonstrated that each of the three partial amino acid sequences corresponded to acidic, highly hydrophilic, and disordered protein fragments, which are characteristics of dehydrin proteins. Phylogenetic analysis using maximum parsimony, indicated that cacti dehydrins-like proteins were monophyletic, as well as those of other families."

"Las dehidrinas o proteínas abundantes de la embriogénesis tardía (LEA) del grupo 2 juegan un rol importante en la respuesta y adaptación a diferentes tipos de estrés abiótico como deshidratación, alta salinidad y bajas temperaturas. Usando técnicas de PCR, se identificaron tres fragmentos de genes que codifican para proteínas tipo dehidrina de tres especies de cactus: Opuntia ficusindica (OpfiDHN-like), Leuchtenbergia principis (LepDHN-like) y Mammillaria bombycina (MabDHN-like). El análisis bioinformático de las secuencias mostró que poseen una identidad entre el 96 y 97% con la secuencia del gen dehidrina 1 (OpsDHN1) de Opuntia streptacantha, demostrando que los fragmentos amplificados corresponden a secuencias de genes tipo dehidrina, y que los oligonucleótidos diseñados fueron efectivos para la amplificación de genes similares en diferentes géneros de cactáceas. El alineamiento múltiple de OpfiDHN- like, LepDHN-like y MabDHN-like mostró que poseen tres repeticiones del segmento K conservado. También se encontró un motivo rico en histidinas, el cual se cree que facilita la unión de estas proteínas con iones metálicos que probablemente evolucionaron de manera diferente en las subfamilias Opuntioidea y Cactoidea de la familia Cactaceae. Se demostró mediante técnicas bioinformáticas que cada una de las tres secuencias de aminoácidos parciales son ácidas, altamente hidrofílicas y desordenadas, las cuales son características de las proteínas tipo dehidrina. El análisis filogenético usando máxima parsimonia demuestra que las proteínas tipo dehidrina de las cactáceas son monofiléticas, así como las de otras familias de plantas."