The evolution of functional complexity within the ß-amylase gene family in land plants.

BACKGROUND: ß-Amylases (BAMs) are a multigene family of glucan hydrolytic enzymes playing a key role not only for plant biology but also for many industrial applications, such as the malting process in the brewing and distilling industries. BAMs have been extensively studied in Arabidopsis thaliana where they show a surprising level of complexity in terms of specialization within the different isoforms as well as regulatory functions played by at least three catalytically inactive members. Despite the importance of BAMs and the fact that multiple BAM proteins are also present in other angiosperms, little is known about their phylogenetic history or functional relationship. RESULTS: Here, we examined 961 ß-amylase sequences from 136 different algae and land plant species, including 66 sequenced genomes and many transcriptomes. The extraordinary number and the diversity of organisms examined allowed us to reconstruct the main patterns of ß-amylase evolution in land plants. We identified eight distinct clades in angiosperms, which results from extensive gene duplications and sub- or neo-functionalization. We discovered a novel clade of BAM, absent in Arabidopsis, which we called BAM10. BAM10 emerged before the radiation of seed plants and has the feature of an inactive enzyme. Furthermore, we report that BAM4 - an important protein regulating Arabidopsis starch metabolism - is absent in many relevant starch-accumulating crop species, suggesting that starch degradation may be differently regulated between species. CONCLUSIONS: BAM proteins originated sometime more than 400 million years ago and expanded together with the differentiation of plants into organisms of increasing complexity. Our phylogenetic analyses provide essential insights for future functional studies of this important class of storage glucan hydrolases and regulatory proteins.

Caracterização funcional do gene maBMY que codifica para uma `BETA´-amilase endereçada a plastídeos e expressa durante o amadurecimento da banana / Functional characterization of maBMY gene that encodes a `BETA´-amylase targeted to plastids and expressed during banana ripening

O amadurecimento dos frutos é um processo caracterizado pela ocorrência de diversas alterações bioquímicas que ocorrem em um curto intervalo de tempo e que são importantes para a qualidade desses alimentos. Na banana uma das características mais importantes é o adoçamento do fruto, que ocorre como resultado da degradação do amido e acúmulo de sacarose. Resultados do nosso grupo apontam a ´BETA` amilase como uma enzima importante no processo de mobilização do amido, o que também é visto em estudos recentes utilizando Arabidopsis thaliana como modelo, os quais mostram que a principal via de degradação do amido transitório presente nas folhas ocorre pela ação da ´BETA`-amilase. Entretanto, em bananas, faltam evidências quanto à funcionalidade de um gene de ´BETA`amilase, parcialmente isolado da polpa do fruto, e que é expresso durante o amadurecimento e que parece ser modulado por hormônios vegetais. Em vista disso, esse trabalho objetivou realizar a caracterização funcional desse gene, a qual permitiu constatar que esse gene codifica, de fato, para uma proteína capaz de ser endereçada aos cloroplastos. Também foi observado que o promotor desse gene contém motivos regulatórios para os mesmos hormônios previamente relacionados com a modulação da expressão desse gene em bananas. Essas novas evidências reforçam a idéia de que o produto desse gene de ´BETA`amilase tem um importante papel no processo de degradação do amido durante o amadurecimento da banana...