Many characteristics of a fully developed fruit are controlled by processes that take place early in fruit development, even at floral meristem level. In fact, events that range from the transition of a vegetative into an inflorescence meristem to the last stages of fruit ripening determine characteristics of a mature fruit. Transcription factors post-transcriptionally regulated by microRNAs (miRNAs) play crucial roles in most of these stages. In such pathways, miRNAs may regulate its targets spatially, temporally, or dampen amount of targets transcript to provide optimal expression patterns for adequate organ development. Many miRNAs have been described to be essential in the regulation of flowering time, gynoecium patterning, post-pollination gynoecium growth and fruit ripening, among other stages of fruit development. Some aspects of early stages of gynoecium development, such as floral meristem maintenance, carpel fusion and gynoecium pattern, have been well studied in Arabidopsis. However, these stages are poorly understood in the development of fleshy fruit species, such as tomato. Many miRNA-related pathways were described to interact with phytohormone pathways. A good example is the interaction between miR156 and Gibberellins (GA) in the regulation of flowering time. Interestingly, this interaction is substantially different in Arabidopsis and tomato. MiR156 have been also shown to have distinct roles in controlling tomato and Arabidopsis gynoecium development. Considering this, here we: (1) review the available literature concerning control of fruit development, from gynoecium patterning to fruit ripening, by non-coding RNAs and (2) study the relationship between miR156 and GA pathways in the regulation of early stages of fruit development. We show that these pathways control floral meristem size and boundary establishment during gynoecium development and miR156 pathway modulates responses to GA. / Muitas características finais deu um fruto são controladas por processos que se dão muito cedo no desenvolvimento dos frutos, até mesmo a nível de meristema. De fato, processos que vão desde a transição de um meristema vegetativo para um meristema de inflorescência até os estágios finais do amadurecimento definem muitas características do fruto maduro. Fatores de transcrição regulados pós transcricionalmente por microRNAs (miRNAs) têm papel crucial na maior parte desses estágios. Nessas vias os miRNAs geralmente regulam a expressão de seus alvos espacialmente, temporalmente, ou diminuem o acúmulo de transcritos do alvo, proporcionando níveis adequados de expressão para o desenvolvimento do órgão. Muitos estudos mostram que determinados miRNAs são essenciais no controle do tempo de florescimento, desenvolvimento do gineceu, crescimento do fruto após a polinização e amadurecimento, dentre outros estágios do desenvolvimento do fruto. Muitos aspectos do controle do desenvolvimento inicial do gineceu foram relativamente bem estudados em Arabidopsis. Porém, essas etapas iniciais do desenvolvimento de carpelos/gineceu ainda não são bem estudadas em plantas que produzem fruto carnoso, como é o caso do tomateiro. Já foi demonstrado que muitas vias reguladas por miRNAs interagem com fitormônios na regulação de vários processos de desenvolvimento. Como exemplo podemos citar a relação entre a via do miR156 e a via das giberelinas (GA) no controle do tempo de florescimento. Essa relação é substancialmente em Arabidopsis e tomateiro. Além disso, foi demonstrado que o miR156 possui papéis distintos na regulação do desenvolvimento do gineceu nessas duas espécies. Dessa forma, nesse trabalho nós: (1) fazemos uma revisão de literatura sobre a regulação do desenvolvimento de frutos, do desenvolvimento inicial do gineceu ao amadurecimento, por vias reguladas por RNAs não codantes e; (2) estudamos a relação entre as vias do miR156 e GA na regulação de etapas iniciais do desenvolvimento de frutos. Nós demonstramos que essas vivas controlam o tamanho de meristemas florais, bem como o estabelecimento de zonas de divisão no desenvolvimento do gineceu. Além disso, mostramos que a via do miR156 modula a resposta a GA.

Os microRNAs (miRNAs) são pequenos RNAs endógenos não codantes de 21-24 nucleotídeos (nt) que regulam a expressão gênica de genes-alvos. Eles estão envolvidos em diversos aspectos de desenvolvimento da planta, tanto na parte aérea, quanto no sistema radicular. Entre os miRNAs, o miRNA156 (miR156) regula a família de fatores de transcrição SQUAMOSA Promoter-Binding Protein-Like (SPL) afetando diferentes processos do desenvolvimento vegetal. Estudos recentes mostram que a via gênica miR156/SPL apresenta efeito positivo tanto no aumento da formação de raízes laterais, quanto no aumento de regeneração de brotos in vitro a partir de folhas e hipocótilos em Arabidopsis thaliana. Devido ao fato de que a origem da formação de raiz lateral e a regeneração in vitro de brotos a partir de raiz principal compartilham semelhanças anatômicas e moleculares, avaliou-se no presente estudo se a via miR156/SPL, da mesma forma que a partir de explantes aéreos, também é capaz de influenciar na regeneração de brotos in vitro a partir de explantes radiculares. Para tanto foram comparados taxa de regeneração, padrão de distribuição de auxina e citocinina, análises histológicas e histoquímicas das estruturas regeneradas em plantas com via miR156/SPL alterada, incluindo planta mutante hyl1, na qual a produção desse miRNA é severamente reduzida. Além disso, foi avaliado o padrão de expressão do miR156 e específicos genes SPL durante a regeneração de brotos in vitro a partir da raiz principal de Arabidopsis thaliana. No presente trabalho observou-se que a alteração da via gênica miR156/SPL é capaz de modular a capacidade de regeneração de brotos in vitro a partir de raiz principal de Arabidopsis thaliana e a distribuição de auxina e citocinina presente nas células e tecidos envolvidos no processo de regeneração. Plantas superexpressando o miR156 apresentaram redução no número de brotos regenerados, além de ter o plastochron reduzido quando comparado com plantas controle. Adicionalmente, plantas contento o gene SPL9 resistente à clivagem pelo miR156 (rSPL9) apresentaram severa redução na quantidade de brotos, além de terem o plastochron alongado. Interessantemente, plantas mutantes hyl1-2 e plantas rSPL10 não apresentaram regeneração de brotos ao longo da raiz principal, mas sim intensa formação de raízes laterais e protuberâncias, respectivamente, tendo essa última apresentado indícios de diferenciação celular precoce. Tomados em conjunto os dados sugerem que o miR156 apresenta importante papel no controle do processo de regeneração de brotos in vitro. Entretanto, esse efeito é mais complexo em regeneração in vitro a partir de raízes do que a partir de cotilédones ou hipocótilos. / MicroRNAs (miRNAs) are endogenous small non-coding RNAs of 21-24 nucleotides (nt) in length that regulate target gene expression. They are involved in many aspects of plant development, both in the shoot and in the root systems. Among miRNAs, miRNA156 (miR156) regulates SQUAMOSA Promoter Binding-Like (SPL) transcription factor family affecting different plant development processes. Recent studies have shown that the miR156/SPL pathway has a positive effect both in the increase of lateral root formation and regeneration of shoots from leaves and hypocotyls in Arabidopsis thaliana. Because the origin of lateral root formation and in vitro shoot regeneration from primary root share similar anatomical and molecular features, in the present study was evaluated whether the miR156/SPL pathway, in the same manner that from aerial explants, is also able to influence the in vitro shoot regeneration from root explants. For this, it was compared regeneration rates, distribution pattern of auxin and cytokinin, histological and histochemical analyses of the structures regenerated in plants in with the miR156/SPL pathway is modified, including the mutant hyl1-1, in which the biosynthesis of this miRNA is severely reduced. Besides that, it was evaluated the expression pattern of miR156 and specific SPL target genes during in vitro shoot regeneration from primary roots of Arabidopsis it was observed that the alteration on the miR156/SPL pathway is capable to modulate in vitro shoot regeneration from the primary root of Arabidopsis and the distribution of auxin and cytokinin at the tissues and cells involved in the regeneration process. Plants overexpressing the miR156a have shown reduction in the number of regenerated shoots, and displayed a reduction in plastochron when compared with wild type plants. Additionally, plants expressing cleavage-resistant form of SPL9 (rSPL9) presented severe reduction in the amount of shoots, and extended plastochron. Interestingly, mutant hyl1-2 and plants rSPL10 did not show any shoot regeneration along the root, but high formation of lateral roots and protuberances, respectively, having rSPL10 presented evidence of precocious cell differentiation. Taken together, these data suggest that de miR156 and SPLs have an important role in the control the in vitro shoot regeneration process. However, its effect is somehow more complex in roots than in cotyledons or hypocotyls.

Orientador: Fábio Silveira Nogueira / Resumo: O sistema radicular (SR) é importante pela ancoragem e obtenção de água e nutrientes. Em eudicotiledôneas, como Arabidopsis, o crescimento da raiz primária (RP) é afetado por fitormônios, especialmente pelo balanço entre auxina que controla a divisão celular, e citocinina que modula a diferenciação celular; também, os microRNAs (miRNAs), um sub-conjunto de pequenos RNAs que regulam pós-transcricionalmente seus alvos, regulam o crescimento da RP. O microRNA156 (miR156) e seus alvos, membros da família SQUAMOSA Promoter-Binding Protein-Like (SPL), constituem uma via genética que regula vários processos do desenvolvimento, incluindo desenvolvimento da raíz; porém, durante o crescimento da RP, não foi observado o efeito da via miR156/SPL, e da interação com auxina e citocinina; assim, foi avaliada essa interação durante o crescimento da PR regulado pelo tamanho do meristema da raiz (TMR) em Arabidopsis. Usando ferramentas genéticas e moleculares foi analizada a expressão de genes MIR156 e SPLs, o comprimento da RP, o TMR, as taxas de divisão celular, e as respostas de auxina e citocinina durante o crescimento da RP. Os genes MIR156 e SPLs possuem padrões de expressão opostos. Níveis altos do miR156 (nas plântulas p35S :: MIR156A), leva a menor comprimento da RP, TMR reduzido, menores taxas de divisão celular, respostas mais baixas e altas à auxina e citocinina respectivamente; em contraste, níveis severamente reduzidos do miR156 maduro disponível (nas plantas MIM156) conducem a e... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

Os microRNAs (miRNAs) são pequenos RNAs endógenos não codantes de 21-24 nucleotídeos (nt) que regulam a expressão gênica de genes-alvos. Eles estão envolvidos em diversos aspectos de desenvolvimento da planta, tanto na parte aérea, quanto no sistema radicular. Entre os miRNAs, o miRNA156 (miR156) regula a família de fatores de transcrição SQUAMOSA Promoter-Binding Protein-Like (SPL) afetando diferentes processos do desenvolvimento vegetal. Estudos recentes mostram que a via gênica miR156/SPL apresenta efeito positivo tanto no aumento da formação de raízes laterais, quanto no aumento de regeneração de brotos in vitro a partir de folhas e hipocótilos em Arabidopsis thaliana. Devido ao fato de que a origem da formação de raiz lateral e a regeneração in vitro de brotos a partir de raiz principal compartilham semelhanças anatômicas e moleculares, avaliou-se no presente estudo se a via miR156/SPL, da mesma forma que a partir de explantes aéreos, também é capaz de influenciar na regeneração de brotos in vitro a partir de explantes radiculares. Para tanto foram comparados taxa de regeneração, padrão de distribuição de auxina e citocinina, análises histológicas e histoquímicas das estruturas regeneradas em plantas com via miR156/SPL alterada, incluindo planta mutante hyl1, na qual a produção desse miRNA é severamente reduzida. Além disso, foi avaliado o padrão de expressão do miR156 e específicos genes SPL durante a regeneração de brotos in vitro a partir da raiz principal de Arabidopsis thaliana. No presente trabalho observou-se que a alteração da via gênica miR156/SPL é capaz de modular a capacidade de regeneração de brotos in vitro a partir de raiz principal de Arabidopsis thaliana e a distribuição de auxina e citocinina presente nas células e tecidos envolvidos no processo de regeneração. Plantas superexpressando o miR156 apresentaram redução no número de brotos regenerados, além de ter o plastochron reduzido quando comparado com plantas controle. Adicionalmente, plantas contento o gene SPL9 resistente à clivagem pelo miR156 (rSPL9) apresentaram severa redução na quantidade de brotos, além de terem o plastochron alongado. Interessantemente, plantas mutantes hyl1-2 e plantas rSPL10 não apresentaram regeneração de brotos ao longo da raiz principal, mas sim intensa formação de raízes laterais e protuberâncias, respectivamente, tendo essa última apresentado indícios de diferenciação celular precoce. Tomados em conjunto os dados sugerem que o miR156 apresenta importante papel no controle do processo de regeneração de brotos in vitro. Entretanto, esse efeito é mais complexo em regeneração in vitro a partir de raízes do que a partir de cotilédones ou hipocótilos. / MicroRNAs (miRNAs) are endogenous small non-coding RNAs of 21-24 nucleotides (nt) in length that regulate target gene expression. They are involved in many aspects of plant development, both in the shoot and in the root systems. Among miRNAs, miRNA156 (miR156) regulates SQUAMOSA Promoter Binding-Like (SPL) transcription factor family affecting different plant development processes. Recent studies have shown that the miR156/SPL pathway has a positive effect both in the increase of lateral root formation and regeneration of shoots from leaves and hypocotyls in Arabidopsis thaliana. Because the origin of lateral root formation and in vitro shoot regeneration from primary root share similar anatomical and molecular features, in the present study was evaluated whether the miR156/SPL pathway, in the same manner that from aerial explants, is also able to influence the in vitro shoot regeneration from root explants. For this, it was compared regeneration rates, distribution pattern of auxin and cytokinin, histological and histochemical analyses of the structures regenerated in plants in with the miR156/SPL pathway is modified, including the mutant hyl1-1, in which the biosynthesis of this miRNA is severely reduced. Besides that, it was evaluated the expression pattern of miR156 and specific SPL target genes during in vitro shoot regeneration from primary roots of Arabidopsis it was observed that the alteration on the miR156/SPL pathway is capable to modulate in vitro shoot regeneration from the primary root of Arabidopsis and the distribution of auxin and cytokinin at the tissues and cells involved in the regeneration process. Plants overexpressing the miR156a have shown reduction in the number of regenerated shoots, and displayed a reduction in plastochron when compared with wild type plants. Additionally, plants expressing cleavage-resistant form of SPL9 (rSPL9) presented severe reduction in the amount of shoots, and extended plastochron. Interestingly, mutant hyl1-2 and plants rSPL10 did not show any shoot regeneration along the root, but high formation of lateral roots and protuberances, respectively, having rSPL10 presented evidence of precocious cell differentiation. Taken together, these data suggest that de miR156 and SPLs have an important role in the control the in vitro shoot regeneration process. However, its effect is somehow more complex in roots than in cotyledons or hypocotyls.