As folhas das angiospermas sofreram grandes modificações funcionais e estruturais ao longo do tempo, e atualmente apresentam uma ampla diversidade de formas, tamanhos e arranjos. Por exemplo, na tribo Bignonieae (Bignoniaceae), as folhas são geralmente 2-3-folíoladas, e o folíolo terminal é frequentemente modificado em gavinha. As gavinhas dos representantes de Bignonieae apresentam formas variadas (simples, bífidas, trífidas ou multífidas) e estão possivelmente envolvidas na diversificação da tribo. Apesar da importância das gavinhas para as plantas escandentes, pouco ainda é conhecido sobre esses órgãos nas angiospermas. Atualmente, existem dados disponíveis sobre genes que controlam o desenvolvimento de gavinhas foliares apenas para Pisum sativum (ervilha). Embora a maioria das angiospermas tenha o desenvolvimento de suas folhas controlado pelos genes KNOX1, em P. sativum, KNOX1 não é expresso nos primórdios foliares e seu desenvolvimento é regulado por LEAFY/FLORICAULA (LFY/FLO). Esses dados sugerem que folhas com gavinhas em outras espécies de planta também podem ser reguladas exclusivamente por LFY/FLO. O presente estudo investigou a evolução e o desenvolvimento dos diferentes tipos de gavinhas em Bignonieae e visou entender como mudanças na morfogênese foliar geraram os padrões atuais de variação morfológica das mesmas. Analisou-se o padrão de expressão dos genes SHOOTMERISTEMLESS (STM, gene KNOX1), PHANTASTICA (PHAN) e LFY/FLO durante o desenvolvimento foliar de três espécies de Bignonieae com diferentes tipos de gavinhas (simples, trífidas e multífidas), buscando um melhor entendimento da estrutura geral, origem e base genética do desenvolvimento das gavinhas foliares neste grupo. Nossos resultados demonstraram que as folhas se desenvolvem de maneira acrópeta em Bignonieae, bem como indicaram que gavinhas trífidas são ancestrais na tribo, com a evolução dos outros tipos de gavinhas tendo envolvido mudanças heterocrônicas no padrão de desenvolvimento básico das folhas. Além disso, transcritos do gene STM foram detectados em folhas em desenvolvimento, revelando que as folhas em Bignonieae se desenvolvem de maneira diferente das folhas de P. sativum, embora ambas apresentem gavinhas. Analises anatômicas revelaram que as gavinhas apresentam simetria bilateral e possuem algumas características similares aos folíolos, corroborando indicações previas de que as gavinhas de Bignonieae representariam folíolos modificados. Estas conclusões foram reforçadas pelo padrão de expressão encontrado para o gene PHAN (gene de identidade adaxial), cujos transcritos estavam confinados ao domínio adaxial do primórdio de gavinha em espécies que possuem gavinhas ramificadas, num padrão muito similar ao padrão observado nos primórdios dos folíolos. Em B. callistegioides, espécie que possui gavinhas simples, PHAN é expresso uniformemente por toda a gavinha, indicando que o domínio adaxial não foi corretamente estabelecido. Assim, as diferenças encontradas nos padrões de expressão do gene PHAN entre espécies com diferentes tipos de gavinhas em Bignonieae indica a existência de uma possível correlação entre a expressão do PHAN com a ramificação de gavinhas. Além disso, o padrão de expressão encontrado sugere que PHAN pode ter um papel importante no estabelecimento da polaridade em gavinhas e no surgimento dos vários tipos de gavinha encontrados na tribo. Além disso, o padrão de expressão do LFY/FLO em primórdios foliares nos levou a inferir que LFY/FLO pode ter um papel importante na separação de novos órgãos a partir de zonas meristemáticas. / Angiosperm leaves have undergone major functional and structural modifications over time, and currently exist in a wide diversity of forms, sizes, and arrangements. For example, in the tribe Bignonieae (Bignoniaceae), leaves are generally 2-3-foliolated, and the terminal leaflet is often modified into tendrils.These tendrils present varied morphologies (simple, bifid, trifid or multifid) and are thought to have been involved in the diversification of Bignonieae. Despite the importance of tendrils for climbing plants, little is still known about the biology of tendrils in the angiosperms. To date, no data is available on the genes that control tendrilled-leaf development in species other than pea (Pisum sativum). Even though KNOX1 genes control leaf development in the majority of compound-leaved angiosperms, in pea, KNOX1 is completely excluded from the leaf primordium and its development is regulated by LEAFY/FLORICAULA (LFY/FLO). This observation suggests that the development of other tendrilled-leaves might also be exclusively regulated by LFY/FLO as well. This study investigated the evolution and development of tendril types in Bignonieae in order to further understand how changes in leaf morphogenesis led to current patterns of variation in tendril morphology. We further analyzed the expression patterns of SHOOTMERISTEMLESS (STM, KNOX1 gene), PHANTASTICA (PHAN) and LFY/FLO during leaf development in three representatives of Bignonieae with different tendril types in order to better understand the structure, origin and genetic basis of leaf tendrils in this plant clade. Our results demonstrate that leaves in Bignonieae develop acropetally, as well as indicates that trifid tendrils are ancestral in the tribe, with the evolution of other tendril types involving heterochonic shifts in the leaf basic developmental pathway. Furthermore, transcripts of STM were detected in developing leaves, revealing that tendrilled leaves of Bignonieae develop differently from those of pea. The anatomical analysis revealed that tendrils are bilaterally symmetrical and present some characteristics that are similar to leaflets, further corroborating earlier suggestions that tendrils indeed represent modified leaflets. This observation was further reinforced by the expression pattern of PHAN (an adaxial identity gene), as PHAN transcripts were confined to the adaxial domain of the tendril primordia in branched-tendrilled species, in a pattern very similar to that observed in leaflet primordia. In B. callistegioides, a simple-tendrilled species, PHAN was expressed throughout the entire tendril, indicating a certain degree of disruption in the establishment of the adaxial domain. The differences encountered in the expression pattern of PHAN amongst species with different tendril types indicate a possible correlation of the expression of PHAN with tendril branching. Furthermore, it suggests an important role for PHAN in the establishment of tendril polarity and in the rise of the various tendril types encountered in Bignonieae. In addition, the pattern of expression of LFY/FLO in developing leaves has led us to infer that LFY/FLO may present an important role for the separation of new organs from meristematic zones.

As folhas das angiospermas sofreram grandes modificações funcionais e estruturais ao longo do tempo, e atualmente apresentam uma ampla diversidade de formas, tamanhos e arranjos. Por exemplo, na tribo Bignonieae (Bignoniaceae), as folhas são geralmente 2-3-folíoladas, e o folíolo terminal é frequentemente modificado em gavinha. As gavinhas dos representantes de Bignonieae apresentam formas variadas (simples, bífidas, trífidas ou multífidas) e estão possivelmente envolvidas na diversificação da tribo. Apesar da importância das gavinhas para as plantas escandentes, pouco ainda é conhecido sobre esses órgãos nas angiospermas. Atualmente, existem dados disponíveis sobre genes que controlam o desenvolvimento de gavinhas foliares apenas para Pisum sativum (ervilha). Embora a maioria das angiospermas tenha o desenvolvimento de suas folhas controlado pelos genes KNOX1, em P. sativum, KNOX1 não é expresso nos primórdios foliares e seu desenvolvimento é regulado por LEAFY/FLORICAULA (LFY/FLO). Esses dados sugerem que folhas com gavinhas em outras espécies de planta também podem ser reguladas exclusivamente por LFY/FLO. O presente estudo investigou a evolução e o desenvolvimento dos diferentes tipos de gavinhas em Bignonieae e visou entender como mudanças na morfogênese foliar geraram os padrões atuais de variação morfológica das mesmas. Analisou-se o padrão de expressão dos genes SHOOTMERISTEMLESS (STM, gene KNOX1), PHANTASTICA (PHAN) e LFY/FLO durante o desenvolvimento foliar de três espécies de Bignonieae com diferentes tipos de gavinhas (simples, trífidas e multífidas), buscando um melhor entendimento da estrutura geral, origem e base genética do desenvolvimento das gavinhas foliares neste grupo. Nossos resultados demonstraram que as folhas se desenvolvem de maneira acrópeta em Bignonieae, bem como indicaram que gavinhas trífidas são ancestrais na tribo, com a evolução dos outros tipos de gavinhas tendo envolvido mudanças heterocrônicas no padrão de desenvolvimento básico das folhas. Além disso, transcritos do gene STM foram detectados em folhas em desenvolvimento, revelando que as folhas em Bignonieae se desenvolvem de maneira diferente das folhas de P. sativum, embora ambas apresentem gavinhas. Analises anatômicas revelaram que as gavinhas apresentam simetria bilateral e possuem algumas características similares aos folíolos, corroborando indicações previas de que as gavinhas de Bignonieae representariam folíolos modificados. Estas conclusões foram reforçadas pelo padrão de expressão encontrado para o gene PHAN (gene de identidade adaxial), cujos transcritos estavam confinados ao domínio adaxial do primórdio de gavinha em espécies que possuem gavinhas ramificadas, num padrão muito similar ao padrão observado nos primórdios dos folíolos. Em B. callistegioides, espécie que possui gavinhas simples, PHAN é expresso uniformemente por toda a gavinha, indicando que o domínio adaxial não foi corretamente estabelecido. Assim, as diferenças encontradas nos padrões de expressão do gene PHAN entre espécies com diferentes tipos de gavinhas em Bignonieae indica a existência de uma possível correlação entre a expressão do PHAN com a ramificação de gavinhas. Além disso, o padrão de expressão encontrado sugere que PHAN pode ter um papel importante no estabelecimento da polaridade em gavinhas e no surgimento dos vários tipos de gavinha encontrados na tribo. Além disso, o padrão de expressão do LFY/FLO em primórdios foliares nos levou a inferir que LFY/FLO pode ter um papel importante na separação de novos órgãos a partir de zonas meristemáticas. / Angiosperm leaves have undergone major functional and structural modifications over time, and currently exist in a wide diversity of forms, sizes, and arrangements. For example, in the tribe Bignonieae (Bignoniaceae), leaves are generally 2-3-foliolated, and the terminal leaflet is often modified into tendrils.These tendrils present varied morphologies (simple, bifid, trifid or multifid) and are thought to have been involved in the diversification of Bignonieae. Despite the importance of tendrils for climbing plants, little is still known about the biology of tendrils in the angiosperms. To date, no data is available on the genes that control tendrilled-leaf development in species other than pea (Pisum sativum). Even though KNOX1 genes control leaf development in the majority of compound-leaved angiosperms, in pea, KNOX1 is completely excluded from the leaf primordium and its development is regulated by LEAFY/FLORICAULA (LFY/FLO). This observation suggests that the development of other tendrilled-leaves might also be exclusively regulated by LFY/FLO as well. This study investigated the evolution and development of tendril types in Bignonieae in order to further understand how changes in leaf morphogenesis led to current patterns of variation in tendril morphology. We further analyzed the expression patterns of SHOOTMERISTEMLESS (STM, KNOX1 gene), PHANTASTICA (PHAN) and LFY/FLO during leaf development in three representatives of Bignonieae with different tendril types in order to better understand the structure, origin and genetic basis of leaf tendrils in this plant clade. Our results demonstrate that leaves in Bignonieae develop acropetally, as well as indicates that trifid tendrils are ancestral in the tribe, with the evolution of other tendril types involving heterochonic shifts in the leaf basic developmental pathway. Furthermore, transcripts of STM were detected in developing leaves, revealing that tendrilled leaves of Bignonieae develop differently from those of pea. The anatomical analysis revealed that tendrils are bilaterally symmetrical and present some characteristics that are similar to leaflets, further corroborating earlier suggestions that tendrils indeed represent modified leaflets. This observation was further reinforced by the expression pattern of PHAN (an adaxial identity gene), as PHAN transcripts were confined to the adaxial domain of the tendril primordia in branched-tendrilled species, in a pattern very similar to that observed in leaflet primordia. In B. callistegioides, a simple-tendrilled species, PHAN was expressed throughout the entire tendril, indicating a certain degree of disruption in the establishment of the adaxial domain. The differences encountered in the expression pattern of PHAN amongst species with different tendril types indicate a possible correlation of the expression of PHAN with tendril branching. Furthermore, it suggests an important role for PHAN in the establishment of tendril polarity and in the rise of the various tendril types encountered in Bignonieae. In addition, the pattern of expression of LFY/FLO in developing leaves has led us to infer that LFY/FLO may present an important role for the separation of new organs from meristematic zones.

Plant form is a product of emergent processes of cell division, patterning and morphogenesis. These fundamental processes remain poorly characterised in plants. However, engineering approaches can provide new tools and frameworks for the study and manipulation of plant development. This dissertation describes the development of engineering frameworks for reprogramming of the early diverging land plant Marchantia polymorpha (Marchantia). I describe the generation of genomic and transcriptomic datasets for Marchantia, which has provided the basis for the compilation of a gene-centric registry of DNA parts for engineering (MarpoDB). I describe the development of Loop assembly, an efficient and standardised DNA assembly system based on Type IIS restriction enzymes for recursive fabrication of DNA circuits with high efficiency. MarpoDB was used to mine new DNA parts compatible with Loop assembly which were used to generate plant transformation vectors for labelling of cellular features to study aspects of growth and development. I performed image analysis of genetic markers for segmentation and quantification of cellular properties in germinating gemmae. I implemented high-efficiency Cas9-mediated mutagenesis in Marchantia for use in functional molecular genetics studies. Furthermore, I produced inducible systems for expression of heterologous elements by transactivation which showed negligible levels of basal activity. It was possible to use this system for induction of gene expression in single cells. Finally, these new frameworks were applied to study the gametophytic meristem in Marchantia gemmae. I mapped the expression of several putative candidate homologues for higher plant meristem regulators, performed overexpression and loss-of-function studies for homologues of WUSCHEL, CLAVATA3 and SHOOT MERISTEMLESS. A strategy for misregulation of endogenous genes was developed using inducible transactivation, and was used with cellular markers for WUSCHEL and CLAVATA3 homologues in Marchantia.