Cytogenomic characterization of the repetitive DNA in the ‘brizantha’ agamic complex of Urochloa P. Beauv. (Poaceae) | Caracterização citogenômica do DNA repetitivo no complexo agâmico 'brizantha' de Urochloa P. Beauv. (Poaceae)

Arquivo retido, a pedido do autor, até abril de 2025.

Urochloa P. Beauv. (formerly classifed as Brachiaria (Trin.) Griseb.) is an African genus of perennial grasses that is extensively cultivated in Brazil for cattle nutrition. Urochloa brizantha, U. decumbens and U. ruziziensis are among the most economically relevant species. These three species form the ‘brizantha’ agamic complex, which includes polyploid series and interspecific hybridizations resulting in complex genomic relationships. Repetitive DNA is a large component of grass genomes, therefore investigating its composition and organization in the genus would provide more insight on its evolutionary history and would allow more informed decisions to be made in breeding programs when selecting genotypes for crosses. The present study aimed to characterize the repetitive fraction of the genomes in diploid and tetraploid cytotypes of U. brizantha, U. decumbens and U. ruziziensis, identifying major sequences and understanding their organization by physically mapping repetitive probes onto chromosomes through fluorescent in situ hybridization (FISH). Results revealed that repetitive DNA comprises 56-65% of Urochloa genomes and that LTR TY3/Gypsy retrotransposons are most frequent elements. The proportions of major retrotransposons and DNA transposons lineages varied among all species, as well as the number of satellite DNA (satDNA) families, which presented intra and interspecific variation. Urochloa brizantha presented a more diverse satDNA profile, with a larger number of unique monomers, and species-specific repeats. The three most abundant satellites (UroSat-1a, UroSat-2a, and UroSat-3) were selected to be mapped to chromosomes via FISH. Conspicuous signals of UroSat-1a were present in all centromeres of the evaluated species, while the distribution of UroSat-2a and UroSat-3 marks varied in number and position. Our findings validate the use of satellite DNA as cytogenetic markers in Urochloa ‘brizantha’ agamic complex and highlight genomic relationships among different species and ploidy levels.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Urochloa P. Beauv. (syn. Brachiaria (Trin.) Griseb.) é um gênero africano de gramíneas perenes extensivamente cultivado no Brasil como forrageira. Urochloa brizantha, U. decumbens e U. ruziziensis estão dentre as espécies de maior relevância econômica. Essas três espécies formam o complexo agâmico ‘brizantha’, que inclui séries poliploides e hibridações interespecíficas resultando em relações genômicas complexas. Grande parte dos genomas de gramíneas é composto de DNA repetitivo, portanto investigar sua composição e organização nesse gênero permite um maior entendimento da história evolutiva, além de subsidiar programas de melhoramentos na seleção de genótipos para cruzamentos. O presente estudo objetivou caracterizar a fração repetitiva dos genomas de citótipos diploides e tetraploides de U. brizantha, U. decumbens e U. ruziziensis, identificando as principais sequências e entendendo sua organização através da construção de sondas repetitivas para mapeamento físico dos cromossomos por meio da hibridização in situ fluorescente (FISH). Os resultados revelaram que o DNA repetitivo compreende 56-65% dos genomas de Urochloa, sendo retrotransposons LTR TY3/Gypsy os elementos mais frequentes. As proporções das principais linhagens de retrotransposons e transposons de DNA variaram entre as espécies, assim como o número de famílias de DNA satélite (satDNA), que apresentou variações intra e interespecíficas. Urochloa brizantha exibiu um perfil mais diverso de satDNA, com um maior número de monômeros únicos e repetições espécie-específicas. Os três satélites mais abundantes (UroSat-1a, UroSat-2a e UroSat-3) foram selecionados para mapeamento nos cromossomos dessas espécies, via FISH. Sinais conspícuos de UroSat-1a foram identificados em todos os centrômeros das espécies avaliadas, enquanto a distribuição de marcas de UroSat-2a e UroSat-3 variaram em número e posição entre elas. Os resultados encontrados validam o uso de DNA satélite como marcadores citogenéticos no complexo agâmico ‘brizantha’ em Urochloa e evidenciam relações genômicas entre diferentes espécies e ploidias.