O gênero Passiflora é o maior gênero da família Passifloraceae, que compreende mais de 500 espécies, a maioria originária de regiões neotropicais, sendo centenas distribuídas pela América Latina. Algumas dessas espécies apresentam importância econômica na produção de fruta in natura, suco concentrado, uso ornamental e medicinal com propriedades sedativas. Estudos do desenvolvimento reprodutivo e do fruto de espécies de Passiflora são fundamentais para melhor compreensão de aspectos do desenvolvimento que possam contribuir para a produção agronômica e compreensão da evolução de estruturas florais presentes em espécies desta família. A importância das sementes para a sua propagação, para estudos taxonômicos e a presença do arilo, estrutura de interesse fundamental para a comercialização de frutos e produção de suco em espécies desse gênero, estimulou a elaboração de um estudo comparativo entre duas espécies de interesse comercial, P. edulis e P alata, associando o estudo de características morfoanatômicas e moleculares. O presente projeto teve como objetivo caracterizar o desenvolvimento do embrião zigótico e arilo de Passiflora edulis Sims e Passiflora alata Curtis. Flores foram manualmente polinizadas e amostras coletadas periodicamente após a polinização, visando à obtenção de sementes em diferentes fases do desenvolvimento embrionário e do arilo. Primórdios do arilo são observados em pré-antese, quando o saco embrionário é organizado. Células epidérmicas na base do funículo sofrem divisões periclinais formando uma borda em torno da rafe. O desenvolvimento do primórdio do arilo é interrompido, observando-se a reativação de divisões celulares e o arilo recomeça o desenvolvimento em uma estrutura multicelular ao redor da semente em desenvolvimento. Aos 14 dias após a polinização o arilo já cobre dois terços da semente, crescendo rapidamente até a semente ser recoberta totalmente, desde o funículo, até o polo calazal. O endosperma é nuclear e seu desenvolvimento se inicia logo após a fertilização, através de divisões sucessivas, formando um sincício ao redor do proembrião, simultaneamente à diminuição tamanho do nucelo. A celularização do endosperma, com a deposição de paredes celulares é observada aproximadamente 20 dias após a polinização. A embriogênese se inicia com a primeira divisão do zigoto, observada aos 7 dias após a polinização. Essa primeira divisão é transversal dividindo o zigoto em duas células, assimetricamente. A célula apical sofre sucessivas divisões que levam a estádios subsequentes de desenvolvimento do embrião, tais como, 4-8 células, globular, coração e torpedo. Aproximadamente 30 dias após a polinização o embrião atinge o estádio cotiledonar e a partir de então apenas aumenta em tamanho consumindo o endosperma e ocupando seu espaço na semente. Essas observações permitiram que fossem definidos dois estádios específicos do desenvolvimento do arilo para futura captura por microdissecção a laser. A caracterização anatômica do desenvolvimento do embrião e do arilo em ambas as espécies subsidia o estabelecimento de estádios específicos do desenvolvimento que podem servir como alvos para estudos moleculares nessas espécies de Passiflora / Passiflora is the largest genus in Passifloraceae and most of the commercially used species develop an aril around the seed, which is commercially important for fresh fruit consumption, and concentrate juice. Reproductive developmental studies associating morphoanatomical and molecular characteristics are essential for a better understanding of particularities of this genus. The present project aimed to characterize the development of Passiflora edulis Sims and Passiflora alata Curtis zygotic embryo and aril. Pollination of flowers were done manually, fruits and ovaries were collected at regular intervals after pollination and processed for scanning and light microscopy, for analysis of embryos and aril in different stages of development. Aril primordium is observed in pre-anthesis when the embryo sac is organized. Epidermic cells at the base of the funiculus undergo periclinal divisions forming a rim surrounding the raphe. Aril development is arrested until after fertilization when cell divisions are reactivated and the aril resume development into a multicellular structure surrounding the developing seed from the funicle towards the chalazal end. At approximately 14 days after pollination the aril already covers two thirds of the seed, and grows rapidly until the whole seed is covered. The endosperm is nuclear and starts developing soon after fertilization through successive divisions forming a syncytium mostly at the chalazal region, and around the developing embryo, replacing the nucellus. Cell walls are formed and the endosperm begins cellularization approximately 20 days after pollination. Embryogenesis initiates with the first division of the zygote, approximately 7 days after pollination. This first cell division is transversal and asymmetrical; the apical cell undergoes successive divisions leading to the subsequent stages of embryo development such as 4- and 8-celled, globular, heart-shaped, torpedo. Approximately 30 days after pollination, the embryo reaches the cotyledonary stage and thereafter grows only in size, consuming the endosperm and occupying its space in the seed. The first division of the zygote was observed around seven days after pollination (DAP), with the mature embryo formed approximately 30 DAP. Initial development of the aril primordium is observed at the ovule basal region, before anthesis/pollination. Embryo and aril development occurs simultaneously. These observations allowed for the definition of two specific stages of aril development for laser-capture-microdissection and further molecular analysis aiming at the evaluation of the molecular basis of aril differentiation in Passiflora. The morphoanatomical characterization of embryo and aril development in these species will serve as a source of information for the definition of specific developmental stages, which can be targets for molecular studies in Passiflora

O gênero Passiflora é o maior gênero da família Passifloraceae, que compreende mais de 500 espécies, a maioria originária de regiões neotropicais, sendo centenas distribuídas pela América Latina. Algumas dessas espécies apresentam importância econômica na produção de fruta in natura, suco concentrado, uso ornamental e medicinal com propriedades sedativas. Estudos do desenvolvimento reprodutivo e do fruto de espécies de Passiflora são fundamentais para melhor compreensão de aspectos do desenvolvimento que possam contribuir para a produção agronômica e compreensão da evolução de estruturas florais presentes em espécies desta família. A importância das sementes para a sua propagação, para estudos taxonômicos e a presença do arilo, estrutura de interesse fundamental para a comercialização de frutos e produção de suco em espécies desse gênero, estimulou a elaboração de um estudo comparativo entre duas espécies de interesse comercial, P. edulis e P alata, associando o estudo de características morfoanatômicas e moleculares. O presente projeto teve como objetivo caracterizar o desenvolvimento do embrião zigótico e arilo de Passiflora edulis Sims e Passiflora alata Curtis. Flores foram manualmente polinizadas e amostras coletadas periodicamente após a polinização, visando à obtenção de sementes em diferentes fases do desenvolvimento embrionário e do arilo. Primórdios do arilo são observados em pré-antese, quando o saco embrionário é organizado. Células epidérmicas na base do funículo sofrem divisões periclinais formando uma borda em torno da rafe. O desenvolvimento do primórdio do arilo é interrompido, observando-se a reativação de divisões celulares e o arilo recomeça o desenvolvimento em uma estrutura multicelular ao redor da semente em desenvolvimento. Aos 14 dias após a polinização o arilo já cobre dois terços da semente, crescendo rapidamente até a semente ser recoberta totalmente, desde o funículo, até o polo calazal. O endosperma é nuclear e seu desenvolvimento se inicia logo após a fertilização, através de divisões sucessivas, formando um sincício ao redor do proembrião, simultaneamente à diminuição tamanho do nucelo. A celularização do endosperma, com a deposição de paredes celulares é observada aproximadamente 20 dias após a polinização. A embriogênese se inicia com a primeira divisão do zigoto, observada aos 7 dias após a polinização. Essa primeira divisão é transversal dividindo o zigoto em duas células, assimetricamente. A célula apical sofre sucessivas divisões que levam a estádios subsequentes de desenvolvimento do embrião, tais como, 4-8 células, globular, coração e torpedo. Aproximadamente 30 dias após a polinização o embrião atinge o estádio cotiledonar e a partir de então apenas aumenta em tamanho consumindo o endosperma e ocupando seu espaço na semente. Essas observações permitiram que fossem definidos dois estádios específicos do desenvolvimento do arilo para futura captura por microdissecção a laser. A caracterização anatômica do desenvolvimento do embrião e do arilo em ambas as espécies subsidia o estabelecimento de estádios específicos do desenvolvimento que podem servir como alvos para estudos moleculares nessas espécies de Passiflora / Passiflora is the largest genus in Passifloraceae and most of the commercially used species develop an aril around the seed, which is commercially important for fresh fruit consumption, and concentrate juice. Reproductive developmental studies associating morphoanatomical and molecular characteristics are essential for a better understanding of particularities of this genus. The present project aimed to characterize the development of Passiflora edulis Sims and Passiflora alata Curtis zygotic embryo and aril. Pollination of flowers were done manually, fruits and ovaries were collected at regular intervals after pollination and processed for scanning and light microscopy, for analysis of embryos and aril in different stages of development. Aril primordium is observed in pre-anthesis when the embryo sac is organized. Epidermic cells at the base of the funiculus undergo periclinal divisions forming a rim surrounding the raphe. Aril development is arrested until after fertilization when cell divisions are reactivated and the aril resume development into a multicellular structure surrounding the developing seed from the funicle towards the chalazal end. At approximately 14 days after pollination the aril already covers two thirds of the seed, and grows rapidly until the whole seed is covered. The endosperm is nuclear and starts developing soon after fertilization through successive divisions forming a syncytium mostly at the chalazal region, and around the developing embryo, replacing the nucellus. Cell walls are formed and the endosperm begins cellularization approximately 20 days after pollination. Embryogenesis initiates with the first division of the zygote, approximately 7 days after pollination. This first cell division is transversal and asymmetrical; the apical cell undergoes successive divisions leading to the subsequent stages of embryo development such as 4- and 8-celled, globular, heart-shaped, torpedo. Approximately 30 days after pollination, the embryo reaches the cotyledonary stage and thereafter grows only in size, consuming the endosperm and occupying its space in the seed. The first division of the zygote was observed around seven days after pollination (DAP), with the mature embryo formed approximately 30 DAP. Initial development of the aril primordium is observed at the ovule basal region, before anthesis/pollination. Embryo and aril development occurs simultaneously. These observations allowed for the definition of two specific stages of aril development for laser-capture-microdissection and further molecular analysis aiming at the evaluation of the molecular basis of aril differentiation in Passiflora. The morphoanatomical characterization of embryo and aril development in these species will serve as a source of information for the definition of specific developmental stages, which can be targets for molecular studies in Passiflora

Orientador: Marcelo Carnier Dornelas / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-21T19:57:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cazoto_JulianaLacorte_D.pdf: 5127995 bytes, checksum: 832b6cadc45544f0ef0e0353cad06755 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Durante o desenvolvimento vegetal, o meristema apical caulinar e o meristema apical radicular são determinados durante o processo de embriogênese, enquanto que outros órgãos como folhas, flores e frutos são produzidos durante o desenvolvimento pós-embrionário. Durante o desenvolvimento vegetal, a expressão de diferentes fatores de transcrição em um determinado local e tempo culminam com a ativação de domínios celulares responsáveis pelo estabelecimento e manutenção dos meristemas. Foi hipotetizado que os mesmos genes que são ativados durante o desenvolvimento embrionário zigótico são também ativados durante a embriogênese somática. Portanto, o padrão de expressão de genes preferencialmente expressos durante o desenvolvimento embrionário em espécies modelo nesses dois processos foi analisado e comparado. Para este propósito, o processo de embriogênese zigótica e somática em Passiflora edulis foram caracterizados anatomicamente. Posteriormente, genes preferencialmente expressos durante a embriogênese somática e zigótica foram identificados e caracterizados. Foram selecionados genes das famílias YABBY, WOX e Aux/IAA. Estes genes foram encontrados por meio de análises de bioinformática no banco de dados de etiquetas de sequências expressas (ESTs) de Passiflora, PASSIOMA. As sequências putativas de aminoácidos codificadas pelos genes estudados, juntamente com seus possíveis homólogos em Arabidopsis, foram alinhadas e analisadas. O padrão de expressão desses genes foi estudado por RT-PCR, qPCR e hibridização in situ durante diferentes estágios do desenvolvimento embrionário somático e zigótico em P. edulis. A caracterização morfo-anatômica do embrião zigótico nessa espécie resultou na elaboração de um cronograma que identifica, a partir do dia da polinização, os diferentes estágios de desenvolvimento do mesmo. Além disso, os dados de expressão gênica sugerem que os mecanismos moleculares responsáveis pelos processos de embriogênese zigótica e somática apresentaram padrão de expressão similar no início do desenvolvimento embrionário vegetal em P. edulis / Abstract: During plant development, the shoot apical meristem (SAM) and the root apical meristem (RAM) are established during the embryo formation process, while the other organs as leaves, flowers and fruits are produced during the post-zygotic development. During plant embryogenesis, the expression of different transcription factors in a given time and place culminates with the activation of cellular domains responsible for the establishment and maintenance of the meristems. We hypothesized that the same genes that are activated during zygotic embryo development are also activated during somatic embryogenesis. Therefore we analyzed and compared the expression patterns of genes preferably expressed during embryo development in these two processes. For this purpose, we characterized anatomically both somatic and zygotic embryogenesis in Passiflora edulis (passion fruit). Later, we identified and characterized genes preferably expressed during somatic and zygotic embryogenesis in this species. Among the identified genes are members from YABBY, WOX and Aux/IAA families. These genes were selected by bioinformatics analysis from the PASSIOMA database of Passiflora reproductive expressed sequence tags (ESTs). The putative protein sequences encoded by the studied genes, together with possible horologes in Arabidopsis, were analyzed by sequence alignment. The expression patterns of these genes were studied by RT-PCR, qPCR and in situ hybridization during different developmental stages of P. edulis somatic and zygotic embryogenesis. The morpho-anatomical characterization of zygotic embryos in this specie resulted in a schedule elaboration that identifies, from the first day of pollination, the different developmental stages of the embryo. Moreover, the gene expression data suggest that the molecular mechanisms responsible for the processes of zygotic and somatic embryogenesis presented similar expression pattern during the beginning of the plant embryo development in P. edulis / Doutorado / Biologia Vegetal / Doutora em Biologia Vegetal

Using the known sequences for serine palmitoyltransferase (SPT) and ceramide kinase (CERK) from Arabidopsis, candidates for the corresponding genes in Loblolly pine were cloned and examined during embryogenesis. The cloned two cDNA sequences from Loblolly pine, which has similarity of 81% and 88% respectively to two subunits of SPT1 and SPT2 in Arabidopsis, were presumed as the Loblolly pine SPT1 and SPT2 (Pt-SPT1 and Pt-SPT2). A few different versions of Pt-SPT1 mRNAs (2223 nts, 756 nts, 822 nts, and 754 nts respectively), most likely the alternative splicing results, were found. Three of these mRNAs are capable of encoding proteins. The long version (2223 nts) encodes a protein with 484 amino acids (Pt-SPT1); two short versions (822 nts, 756 nts) encode a 90 a.a. protein. Another cDNA sequence of 2396 nts encodes a protein of 493 a.a. (Pt-SPT2). Both predicted Pt-SPT1 and Pt-SPT2 proteins possess highly conserved serine palmitoyltransferase functional domains (E value 5.7e-61). Their expression patterns are different between somatic and zygotic embryogenesis. Two different versions of mRNAs, with 2786 nts (long), and 2320 nts (short) respectively, of ceramide kinases in Loblolly pine (Pt-CERKs) have been cloned. The long version encodes a protein with 721 a.a.; the short version with 560 a.a. The expression patterns for these two CERK mRNAs are different during embryo development. The long version is constitutively expressed, while the short one is only expressed in some stages with much lower expression level. Overexpression Pt-CERKL, Pt-CERKS, and Pt-CERKF in E.coli and function analysis in vitro show that all Pt-CERKs appear to have the same catalytic functions as their homologs in human and Arabidopsis, but with different efficiency. The catalytic efficiency was dramatically lower in the short Pt-CERK protein compared with the long Pt-CERK protein and Pt-CERKF. The membrane system is not necessary for the catalytic reactions of these three Pt-CERKs in vitro and Pt-CERKs were less dependent on the Ca2+ ions. Thus, these studies have provided the first information about SPT- and CERK- like proteins in loblolly pine, and open new avenues of investigation for the roles of sphingolipids in embryonic development.

A Araucaria angustifolia é uma conífera nativa do Brasil. Em função da sua intensa exploração florestal, a espécie ocupa apenas 2% de sua vegetação natural. Neste sistema, a aplicação de técnicas biotecnológicas, como a embriogênese somática, podem ser integradas a programas de melhoramento genético e conservação. A similaridade entre a embriogênese somática e zigótica, tem sido utilizada para o estabelecimento de estudos visando o aperfeiçoamento do cultivo in vitro dos embriões somáticos, bem como para um maior conhecimento dos aspectos moleculares e fisiológicos que regulam a embriogênese. O metabolismo de poliaminas (PAs), mais especificamente putrescina, espermidina e espermina, tem se mostrado como fundamental para a compreensão e evolução da embriogênese zigótica e somática. Entretanto, a biossíntese das PAs e seu envolvimento nos vários processos biológicos que regulam a embriogênese, são pouco conhecidas em coníferas. Inserido nessa perspectiva, o presente trabalho teve como objetivo o estudo do metabolismo de PAs durante três estádios de desenvolvimento da semente (contendo as fases da embriogênese inicial até a tardia) e na proliferação de linhagens embriogênicas com diferentes potenciais embriogênicos de A. angustifolia. Foram investigados: a) os perfis de PAs (livres e conjugadas) e aminoácidos; b) determinação da via preferencial da biossíntese de putrescina, através da atividade enzimática da arginina descarboxilase (ADC) e ornitina descarboxilase (ODC); c) identificação e caracterização do padrão de expressão dos genes envolvidos no metabolismo de PAs; e d) a identificação das relações entre os perfis de PAs e aminoácidos presentes nas sementes das matrizes, e sua potencial influência nas fases de indução, proliferação e maturação dos embriões somáticos. Durante a embriogênese zigótica, a expressão dos genes AaADC (arginina descarboxilase) e AaSAMDC (S-adenosilmetionina descarboxilase) aumentaram no estádio cotiledonar, juntamente com o aumento de PAs. A biossíntese da putrescina é realizada preferencialmente via ADC, enquanto que a citrulina foi o principal aminoácido presente nas sementes. Em relação ao metabolismo de PAs nas culturas embriogênicas, os dados obtidos demonstraram que a arginina e ornitina parecem ter diferentes funções em cada linhagem testada. Na linhagem com alto potencial embriogênico, a arginina parece estar associada com a ativação dos genes relacionados ao catabolismo de PAs (AaPAO2, AaCuAO e AaALDH), enquanto que esse efeito não foi observado na linhagem bloqueada. A ODC tem uma maior atividade na linhagem responsiva, enquanto que na linhagem bloqueada, as atividades da ADC e ODC são similares. Dependendo da matriz foram observados diferentes perfis de PAs e aminoácidos, sendo estes perfis relacionados com as taxas de indução, proliferação e desenvolvimento dos embriões somáticos. Putrescina total, ornitina e asparagina foram os metabólitos diferencialmente identificados entre as matrizes, os quais podem ser propostos como marcadores bioquímicos para a seleção de matrizes com alto potencial para a embriogênese somática. Os resultados obtidos fornecem informações relevantes e inéditas sobre o metabolismo de PAs e aminoácidos na embriogênese zigótica e somática de A. angustifolia, bem como fornece novos subsídios para o aprimoramento das condições artificiais utilizadas para o desenvolvimento dos embriões somáticos / The Araucaria angustifolia is a native conifer species of Brazil. Due to its intense exploitation, the species cover only 2% of its original forest area. In this system, biotechnological tools, like somatic embryogenesis, may be integrated into breeding and conservation programs. The similarity between zygotic and somatic embryogenesis have been used to establishment of studies in order to optimization of somatic embryos in vitro culture, as well as for a better understanding of physiologic and molecular aspects that modulates the embryogenesis. The metabolism of polyamines (PAs), specifically putrescine, spermidine and spermine, has been demonstrated as fundamental for the comprehension and evolution of zygotic and somatic embryogenesis. However, the biosynthetic pathways of PAs and their involvement in various biological process that regulate the embryogenesis are little known in conifers. Inserted in this perspective, the aim of the current work was to study the metabolism of PAs during three seeds development stages (containing the early till late embryogenesis phases) and in proliferation of cell lines with different embryogenic potential of A. angustifolia. Were investigated: a) PAs (free and conjugated) and amino acids profiles; b) determination of preferential pathway for putrescine biosynthesis, through enzymatic activity of arginine decarboxylase (ADC) and ornithine decarboxylase (ODC); c) identification and characterization of gene expression profile of genes related to metabolism of PAs; and d) identification of the relationship between PAs and amino acids profiles in seeds of mother plants, and their potential influence in initiation, proliferation and maturation phases of somatic embryos. During the zygotic embryogenesis, AaADC (arginine decarboxylase) and AaSAMDC (S-adenosylmethionine decarboxylase) genes were up-regulated at cotyledonary stage along with the increasing of PAs. The biosynthesis of putrescine is performed preferentially by ADC pathway, while citrulline was the main amino acid recorded during the seed development. Regarding the metabolism of PAs in embryogenic cultures, the data demonstrated that arginine and ornithine seem to have different functions in each cell line tested. In cell line with high embryogenic potential, arginine seems to be associated to activation of genes related to PAs catabolism (AaPAO2, AaCuAO e AaALDH), while in blocked cell line this effect was not observed. ODC has a higher enzymatic activity in responsive cell line, while in blocked cell line, both ADC and ODC activities are similar. Depending of mother plant, were observed different PAs and amino acids profiles, being these profiles related with the rate of initiation, proliferation and maturation of somatic embryos. Total putrescine, ornithine and asparagine were the differentially metabolites identified between the mother plants, which can be proposed as biochemical marker to select mother plant with high potential to somatic embryogenesis. The results obtained provide relevant and inedited information about the metabolism of PAs and amino acids in zygotic and somatic embryogenesis of A. angustifolia, as well as provide news subsidies for optimization of in vitro conditions for somatic embryos development