Diversos estudos elucidaram mecanismos envolvidos com a organogênese in vitro, porém pouco é conhecido a respeito da fase de aquisição de competência, fundamental para que a regeneração ocorra. Alguns genes já foram identificados por interferirem na fase de aquisição de competência em tomateiro (Solanum lycopersicum), mas ainda existem diversas lacunas a serem esclarecidas. Para investigar a expressão de genes e o controle hormonal na fase de aquisição de competência, foram utilizados os mutantes de tomateiro, sob o background genético da cultivar Micro-Tom (MT), MT-Rg1 e MT-pro (procera), os quais afetam positiva ou negativamente a organogênese in vitro, respectivamente. Embora a resposta constitutiva a giberelina no mutante MT-pro seja conhecida, a identidade molecular do gene RG1 permanece indefinida. O mutante MT-Rg1 apresenta aumento tanto na formação de gemas caulinares quanto de raízes e reduz o tempo necessário para a indução desses órgãos, devido à diminuição do período para a aquisição de competência. A partir do estabelecimento das fases de aquisição de competência e indução da organogênese in vitro para MT e MT-Rg1, foram identificados genes diferencialmente expressos entre estes genótipos. Entre estes genes, CELL DIVISION CYCLE ASSOCIATED 7 e LACCASE 1A estão regulados positivamente em MT-Rg1 e todos estão fortemente relacionados à fase de aquisição de competência, e a alterações na proliferação de células do protoxilema durante o início da organogênese. Por outro lado, a resposta constitutiva à giberelina no mutante MT-pro reduz a formação de gemas caulinares e raízes e aumenta a formação de calos in vitro, sem afetar o tempo requerido para a indução de gemas caulinares e raízes. De forma oposta a MT-Rg1, o gene CDCA7 apresenta expressão reduzida durante a fase de aquisição de competência em MT-pro, diminuindo o número de células do protoxilema em divisão. Outro fator importante para a divisão celular no mutante MT-pro é o aumento da expressão do gene WUS, causando um aumento da proliferação das stem cells, que são células indiferenciadas relacionadas à formação de novos órgãos. Esta proliferação celular inadequada, somada a uma alteração desfavorável na homeostase das citocininas, justifica o efeito negativo do alelo pro na formação de gemas caulinares, o que permitiu a criação de um novo modelo para organogênese in vitro / Several studies have enabled the discovery of mechanisms to achieve in vitro organogenesis; however, little is known about the phase of acquisition of competence, essential for regeneration. A few genes have been identified to interfere in the acquisition of the competence phase in tomato (Solanum lycopersicum), but there are still many gaps to be filled. We have used the mutants, under the genetic background of the Micro-Tom cultivar, MT-Rg1 and MT-pro (procera), which positively or negatively affect in vitro organogenesis, respectively, to investigate gene expression and the hormonal control in the phase of acquisition of competence. Despite the fact that the constitutive gibberellin response in the procera mutant is well-established, the molecular identity of RG1 gene remains unknown. The MT-Rg1 mutant presents an increase in the formation of both shoot and roots and a reduced period for the induction of these organs, because of the reduced time required for acquisition of competence.We searched for the identity of differentially expressed genes between MT and MT-Rg1 after the establishment of the competence acquisition phase and organogenesis induction stages. Among those genes, CDCA7 and LAC1A are upregulated in MT-Rg1 and these genes appear to be strongly related with the acquisition of competence phase and changes in proliferation of protoxylem cells during early organogenesis. The constitutive response to gibberellin in the MT-pro mutant decreases the formation of shoot and roots and increase in vitro calli formation, without reducing the induction phase of shoots and roots. Unlike MT-Rg1, MT-pro reduces the CDCA7L expression during the acquisition of competence phase, causing a reduction of the protoxylem dividing cells. Another important factor for cell division in MT-pro mutant is the increased expression of the WUS gene, leading to an abnormal proliferation of stem cells. Thereby, this abnormal cell proliferation, in addition to an unfavorable change in the cytokinin homeostasis, justify the negative effect of the pro allele in the shoot formation, which enabled the proposal of a new model for in vitro organogenesis

Diversos estudos elucidaram mecanismos envolvidos com a organogênese in vitro, porém pouco é conhecido a respeito da fase de aquisição de competência, fundamental para que a regeneração ocorra. Alguns genes já foram identificados por interferirem na fase de aquisição de competência em tomateiro (Solanum lycopersicum), mas ainda existem diversas lacunas a serem esclarecidas. Para investigar a expressão de genes e o controle hormonal na fase de aquisição de competência, foram utilizados os mutantes de tomateiro, sob o background genético da cultivar Micro-Tom (MT), MT-Rg1 e MT-pro (procera), os quais afetam positiva ou negativamente a organogênese in vitro, respectivamente. Embora a resposta constitutiva a giberelina no mutante MT-pro seja conhecida, a identidade molecular do gene RG1 permanece indefinida. O mutante MT-Rg1 apresenta aumento tanto na formação de gemas caulinares quanto de raízes e reduz o tempo necessário para a indução desses órgãos, devido à diminuição do período para a aquisição de competência. A partir do estabelecimento das fases de aquisição de competência e indução da organogênese in vitro para MT e MT-Rg1, foram identificados genes diferencialmente expressos entre estes genótipos. Entre estes genes, CELL DIVISION CYCLE ASSOCIATED 7 e LACCASE 1A estão regulados positivamente em MT-Rg1 e todos estão fortemente relacionados à fase de aquisição de competência, e a alterações na proliferação de células do protoxilema durante o início da organogênese. Por outro lado, a resposta constitutiva à giberelina no mutante MT-pro reduz a formação de gemas caulinares e raízes e aumenta a formação de calos in vitro, sem afetar o tempo requerido para a indução de gemas caulinares e raízes. De forma oposta a MT-Rg1, o gene CDCA7 apresenta expressão reduzida durante a fase de aquisição de competência em MT-pro, diminuindo o número de células do protoxilema em divisão. Outro fator importante para a divisão celular no mutante MT-pro é o aumento da expressão do gene WUS, causando um aumento da proliferação das stem cells, que são células indiferenciadas relacionadas à formação de novos órgãos. Esta proliferação celular inadequada, somada a uma alteração desfavorável na homeostase das citocininas, justifica o efeito negativo do alelo pro na formação de gemas caulinares, o que permitiu a criação de um novo modelo para organogênese in vitro / Several studies have enabled the discovery of mechanisms to achieve in vitro organogenesis; however, little is known about the phase of acquisition of competence, essential for regeneration. A few genes have been identified to interfere in the acquisition of the competence phase in tomato (Solanum lycopersicum), but there are still many gaps to be filled. We have used the mutants, under the genetic background of the Micro-Tom cultivar, MT-Rg1 and MT-pro (procera), which positively or negatively affect in vitro organogenesis, respectively, to investigate gene expression and the hormonal control in the phase of acquisition of competence. Despite the fact that the constitutive gibberellin response in the procera mutant is well-established, the molecular identity of RG1 gene remains unknown. The MT-Rg1 mutant presents an increase in the formation of both shoot and roots and a reduced period for the induction of these organs, because of the reduced time required for acquisition of competence.We searched for the identity of differentially expressed genes between MT and MT-Rg1 after the establishment of the competence acquisition phase and organogenesis induction stages. Among those genes, CDCA7 and LAC1A are upregulated in MT-Rg1 and these genes appear to be strongly related with the acquisition of competence phase and changes in proliferation of protoxylem cells during early organogenesis. The constitutive response to gibberellin in the MT-pro mutant decreases the formation of shoot and roots and increase in vitro calli formation, without reducing the induction phase of shoots and roots. Unlike MT-Rg1, MT-pro reduces the CDCA7L expression during the acquisition of competence phase, causing a reduction of the protoxylem dividing cells. Another important factor for cell division in MT-pro mutant is the increased expression of the WUS gene, leading to an abnormal proliferation of stem cells. Thereby, this abnormal cell proliferation, in addition to an unfavorable change in the cytokinin homeostasis, justify the negative effect of the pro allele in the shoot formation, which enabled the proposal of a new model for in vitro organogenesis

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:42:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1425522 bytes, checksum: 6c4fc6ad33dadc94d0af11b40c2fa78f (MD5) Previous issue date: 2010-09-20 / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Somatic embryogenesis is a useful tool for plant propagation and a suitable model system for deciphering early events during embryo development. Molecular and genetic studies focused in plant development have reported the involvement of SERK (Somatic Embryogenesis Receptor Kinase) gene in the acquisition of embryogenic competence. In order to increase the efficiency of plant regeneration processes we need to understand it better. Therefore, the purpose of the present work was to determine if the SERK gene is present in the soybean genome and analyze its expression during somatic embryogenesis. Genes encoding tree novel members of the Leucine-rich repeat receptor like kinase (LRR-RLK) superfamily have been identified. These genes was named GmSERK1, GmSERK2 and GmSERK3, since they share a conserved intron/exon structure with other members of the SERK family and encode a signal peptide, a leucine zipper domain, five LRR, the SPP domain, a single transmembrane domain and a kinase domain with 11 subdomains, features that distinguishes SERK proteins from other proteins belonging to the LRRRLK superfamily. To investigate the position of GmSERK proteins in the plant LRR-RLKs superfamily, the conserved parts of the extracellular or intracellular domains were compared to other published LRR-RLKs sequences taken from literature. In the LRR domain, SERK proteins share all conserved amino acids of the plant LRR consensus sequence. Moreover, conservations of an aspartic acid (D) at position 1, an asparagine (N) at position 4 and a glycine (G) at position 16 were observed, although they are not consensus between other LRRs. A phylogenetic tree was constructed based on kinase domains and results showed that SERK proteins form a distinct branch in the phylogenetic tree and GmSERKs clustered most closely with SERK gene members such as Medicago truncatula (MtSERK1), ix Teobroma cacao (TcSERK) and Solanum tuberosum (StSERK1). Treatment of explants with 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (40 mg/L) was effective in inducing somatic embryos derived from the cultivar CAC-1 and a large number of globular embryos could be viewed after 30 days. However, it was observed a strong effect of the genotype in the morphogenic response. Unlike CAC-1, explants derived from the cultivar CS303 showed a low frequency of induction and only a small number of somatic embryos were obtained. Analysis of gene expression, performed by in situ hybridization, showed that a high level of GmSERK1 transcripts could be detected in embryogenic tissues of CAC-1 during the induction of somatic embryogenesis. In contrast, immature cotyledons of soybean cultivar CS303 showed low levels of GmSERK1 transcripts. These results suggest the involvement of GmSERK1 gene with somatic embryogenesis, probably acting as an important player in acquisition of embryogenic competence. / A embriogênese somática é uma ferramenta útil para a propagação de plantas e consiste num sistema modelo adequado para a elucidação de eventos iniciais do desenvolvimento embrionário. Estudos genéticos e moleculares focados no desenvolvimento vegetal têm relatado o envolvimento do gene SERK (Somatic Embryogenesis Receptor Kinase) no processo de aquisição de competência embriogênica. Para que seja possível o aumento da eficiência dos processos de regeneração de plantas, é preciso compreendê-los melhor. Dessa forma, os objetivos do presente trabalho foram determinar se o gene SERK está presente no genoma da soja e analisar a sua expressão durante a indução de embriogênese somática. Genes que codificam três novos membros da superfamília de receptores cinase ricos em leucina (LRR-RLK - Leucine-rich repeat receptor like kinase) foram identificados. Esses genes foram denominados GmSERK1, GmSERK2 e GmSERK3, já que compartilham com outros membros da família SERK uma conservada estrutura íntron/éxon e codificam um peptídeo sinal, um zíper de leucina, cinco repetições de leucina (LRR), um domínio rico em prolina (SPP - serine proline proline), um domínio transmembrana e um domínio cinase com 11 subdomínios, características que distinguem os receptores SERK dos demais membros da superfamília LRR-RLK. Com o objetivo de verificar a posição das proteínas GmSERK dentro da superfamília de LRR-RLKs de plantas, partes conservadas de seus domínios extracelular e intracelular foram comparadas a outras sequências de LRR-RLKs retiradas da literatura. Em relação ao domínio LRR, verificou-se que as proteínas SERK apresentam todos os aminoácidos conservados da sequência consenso das LRR de plantas. Além disso, a conservação dos resíduos de ácido aspártico (D) na posição 1, asparagina (N) na posição 4 e glicina (G) na posição 16 em proteínas da família SERK foi observado, embora não seja consenso entre as LRRs de plantas. Uma árvore filogenética foi construída com base nos domínios cinase e os resultados mostraram que as proteínas SERK formam um ramo distinto dos outros tipos de receptores LRR-RLKs e as GmSERKs agrupam-se melhor com outros membros da família SERK, como as de Medicago truncatula (MtSERK1), Teobroma cacao (TcSERK) e Solanum tuberosum (StSERK1). O tratamento dos explantes com ácido 2,4-diclorofenoxiacético (40 mg/L) mostrou-se eficiente em induzir embriões somáticos a partir da cultivar CAC- 1 e um grande número de embriões globulares pode ser visualizado após 30 dias de cultivo. Entretanto, um grande efeito do genótipo na resposta morfogênica foi observado. Ao contrário de CAC-1, explantes derivados da cultivar CS303 apresentaram uma baixa freqüência de indução e apenas um pequeno número de embriões somáticos foi obtido. As análises de expressão, realizadas por meio da técnica de hibridização in situ, mostraram que um alto nível de transcritos correspondentes ao gene GmSERK1 pôde ser detectado em tecidos embriogênicos de CAC-1 durante a fase de indução de embriogênese somática. Em contraste, cotilédones imaturos da cultivar de soja CS303 apresentaram um baixo acúmulo de transcritos de GmSERK1. Estes resultados sugerem o envolvimento do gene GmSERK1 no processo de embriogênese somática, provavelmente atuando como um importante fator na aquisição de competência embriogênica.