Pluripotence je schopnost buňky diferencovat do jakéhokoliv buněčného typu. Formuje se během časného embryonálního vývoje u savců a její vznik je spojen s reprogramací genové exprese na globální úrovni. Proces přirozeného vzniku pluripotence není stále zcela pochopen. Pro získání nového pohledu na události, které vedou ke vzniku pluripotence u savců, studovali jsme změny v genové expresi během oocyt-zygotického přechodu u myši. V tomto modelovém systému, oplodněné vajíčko podstoupí reprogramaci, která vede k vytvoření pluripotentních blastomer. Tyto blastomery zakládají samotné embryo. Cílem mé diplomové práce bylo analyzovat aktivaci transkripce během časného vývoje a vyvinout metodu pro monitorování exprese genů v oocytech, časných embryích a embryonálních kmenových buňkách. Metoda využívá kvantitativní PCR a umožnuje změřit expresi až 48 vybraných genů, které slouží jako markery pro maternální degradaci, aktivaci pluripotentního programu a diferenciaci do zárodečných linií. Dále ukazujeme, že náš systém monitoruje dynamiku transkriptomu během oocyt-zygotického přechodu, a získané výsledky jsou srovnatelné s daty naměřenými pomocí jiných metod. Díky našemu bioinformatickému přístupu jsme navíc identifikovali nové oocyt-specifické a zygotické nekódující RNA. Klíčová slova: pluripotence,...

Chez le pin maritime l’embryogenèse somatique, méthode de multiplication végétative performante, n’est pas optimisée la limite étant le contrôle du développement des embryons somatiques (ES). Nos objectifs ont été 1) d’étudier les mécanismes physiologiques, cellulaires et moléculaires précoces contrôlant la différenciation des ES en réponse à une disponibilité en eau réduite 2) d’évaluer pour l'ES cotylédonaire de 12 semaines son état de maturité, son protéome afin de les comparer à l'embryon zygotique (EZ). 1) Pour le 1er objectif, le rapprochement de données de transcriptomique et de protéomique a été entrepris. Nous avons observé une réponse physiologique et moléculaire ABA-dépendante entrainant une transition précoce de la prolifération vers la différenciation des ES (surexpression de protéines impliquées dans la division cellulaire, l'embryogenèse et la synthèse de l'amidon). Une protéine de type germine et une ubiquitine ligase apparaissent comme marqueurs potentiels de l’embryogenèse somatique précoce du pin maritime, alors que la protéine phosphatase 2C marque la réponse adaptative à l’environnement de culture. 2) La maturité de l’ES cotylédonaire a été étudiée aux niveaux physiologiques (masse sèche, teneur en eau) et biochimiques (teneur en protéines totales, en sucres solubles). Des ES de 10, 12 ou 14 semaines se révèlent semblables. Une méthode de classification hiérarchique ascendante basée sur 9 variables explicatives, montre que l’ES est similaire à l’EZ cotylédonaire frais (protéomes présentant 94% d’homologie). Parmi les protéines communes, 3 familles ont été identifiées (protéines de réserve, protéines de réponse au stress HSP, protéines LEA) ainsi que l’aldose réductase et l’adénosine kinase. Nous les proposons comme marqueurs génériques du stade cotylédonaire de l'embryogenèse tardive du pin maritime. L’ensemble des résultats contribue à une meilleure compréhension de l’embryogenèse somatique du pin maritime. / In maritime pine somatic embryogenesis, a powerful method of vegetative propagation, is not optimized the limitation being the control of the somatic embryo (SE) development. Our objectives were 1) To study the early physiological, cellular and molecular mechanisms controlling SE differentiation in response to a reduced water availability 2) to estimate for cotyledonary SE 12 weeks old, its maturity, its proteome to compare them to the zygotique embryo (ZE). 1) For the 1st objective, transcriptomic and proteomic data were combined. We observed a physiological and molecular answer ABA-dependent, inducing an early transition from proliferation towards SE differentiation (surexpression of proteins involved in the cellular division, the embryogenesis and in starch synthesis). A protein of germin type and an ubiquitine ligase appear as potential markers of the early somatic embryogenesis of maritime pine, while the phosphatase protein 2C stands out the adaptive answer to the environment of culture. 2) Cotyledonary SE maturity was studied at the physiological (dry weight, water content) and biochemical levels (total protein content, soluble sugars). SE of 10, 12 or 14 weeks old appeared very similar. A hierarchical ascendant cluster analysis based on 9 explanatory variables, shows that SE is similar to the fresh cotyledonary EZ; proteome profiling further confirmed high similarity (94.5%) between them. Protein profiling revealed biomarkers belonging to 3 large families of proteins (HSP, LEA and storage proteins) or the aldose reductase and the adenosine kinase. We propose them as generic markers of the cotyledonary stage of the late embryogenesis of the maritime pine. All the results contribute to a better understanding of the somatic embryogenesis of maritime pine.

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

O desenvolvimento embrionário é o resultado de uma sequência controlada de eventos modulados por sinais ambientais e mecanismos intracelulares. Em Hymenoptera, esse processo tem um caráter especial devido ao sistema de determinação do sexo (Haplodiploide). Neste sistema, os ovos fecundados se desenvolvem em fêmeas (diploides) e os ovos não fecundados em machos (haploides). Assim, eventos importantes, como a ativação do ovo e transição materno-zigótica, eventos iniciais da embriogênese, são elementos-chave para compreender o desenvolvimento de ambos os tipos de embriões. Ativação do ovo é um evento complexo acionado em resposta a estímulos externos, necessários para o início da embriogênese. Em abelhas a ativação ovo ocorre independentemente da fecundação e parece ser desencadeado durante a passagem pelo trato reprodutivo da mãe. Além disso, se o ovócito não for fecundado ele irá se desenvolver em um organismo haploide. No entanto, se o ovo recebe o espermatozóide até 30 minutos depois da ativação, o ovo se desenvolve em um organismo diploide. Em Drosophila, a ativação do ovo é também idependente da fecundação. O estímulo inicial que desencadeia o desenvolvimento é devido tensões mecânicas sofridas pelo ovócito durante a ovulação pela passagem através do trato reprodutivo. Neste modelo, o primeiro sinal de ativação inclui a ativação da via dependente de cálcio. Moléculas maternas que são incorporados no ovócito durante ovogênese, atuam durante a ativação do ovo, bem como no início da embriogênese. Os eventos iniciais da embriogênese também são caracterizados pela ausência de altos níveis de transcrição zigótica. As moléculas depositadas atuam na ativação do ovo, quebrando a dormência da divisão celular permitindo a ocorrência do início do desenvolvimento embrionário. Mas, o embrião em desenvolvimento gradualmente degrada e substitui essas moléculas herdadas da mãe, em um processo conhecido como transição materno-zigótica. Nosso principal objetivo foi o entendimento da comunicação entre as moléculas herdadas e as recém produzidas durante os primeiros passos do desenvolvimento de Apis mellifera. Para alcançar nosso objetivo, 16 bibliotecas de RNAseq (mRNA e miRNA) foram construídas utilizando amostras de RNA total de embriões diploides e haploides de diferentes idades e ovócitos maduros. A análise do transcriptoma mostrou que existem genes diferencialmente expressos entre os dois tipos de embriões já em 1 h de desenvolvimento. Além disso, nossa análise permitiu a identificação de mRNAs e miRNAs maternos e zigóticos, além de processos com que estas moléculas se relacionam. As análises mostraram também que um mesmo miRNA pode atingir diferentes mRNAs em cada tipo de embrião, na mesma fase de desenvolvimento. Além disso, um mesmo gene pode ser diferentemente regulado nos dois tipos de embriões. Por exemplo, broad/GB48272, que é classificado como materno em embriões dipoides é regulado por quatro miRNAs diferentes e em embriões haploides é classificado como zigótico, regulado por apenas um miRNA. Análise das bibliotecas de RNAseq e hibridação in situ mostrou o padrão de expressão de zelda em embriões jovens de abelhas. Zelda é um ativador chave do genoma zigótico em Drosophila e regula eventos importantes na embriogênese se ligando a um motivo conservado, TAGteam. Em A. mellifera, encontramos um motivo TAGteam putativo que tem sido relacionado à transcrição zigótica precoce. Além disso, a hibridização in situ e PCR mostraram três primiRNAs (ame-mir-375-3p, ame-mir-34-5p e ame-mir-263b-5p) que se expressam durante a clivagem. A presença de pri-miRNAs evidenciou a início da transcrição zigótica durante a clivagem. Em suma, podemos dizer que este é o primeiro trabalho em Apis mellifera a descrever os eventos de iniciais do desenvolvimento embrionário comparando embriões haploides e diploides usando os recentes protocolos de bioinformática e os avanços da biologia molecular. / Embryonic development is the result of a precisely controlled sequence of events modulated by environmental signals and intracellular mechanisms. In Hymenoptera, this process takes a special character due the sex-determination system (haplodiploidy). In this system, fertilized eggs develop in females (diploid) and unfertilized eggs in males (haploid). Thus, important events such as egg activation and maternal-zygotic transition, events of the early embryogenesis are key elements to understand the development of both types of embryos. Egg activation is a complex event triggered in response to external stimuli and necessary for the onset of embryogenesis. In honeybees egg activation occurs independently of fertilization and seems to be triggered during the passage through mother\'s reproductive tract. Furthermore, if the egg is not fertilized it will develop into haploid organism. However, if the egg receives the sperm up to 30min after activation, this egg develops into a diploid organism. In Drosophila, the egg activation is also fertilization independent. Initial stimulus that triggers the development is due mechanical stresses suffered by the egg during ovulation and passage through the reproductive tract. In this model, the first activation signal includes activation of calciumdependent pathway. Maternal molecules that are incorporated into the oocyte during ovogenesis, act during egg activation, as well as in early embryogenesis. Early embryogenesis events are also characterized by absence of high levels of zygotic transcription. The deposited molecules drive egg activation, breaking cell division dormancy permitting the beginning of embryonic development. But, the developing embryo gradually degrades and substitutes these mother-inherited molecules, in a process known as mother-to-zygote transition. Our main objective was the understanding of the deep crosstalk among the inherited molecules and the newly ones produced during the first steps of Apis mellifera embryogenesis. To achieve our objective 16 deep sequenced RNA (mRNA, miRNA) libraries were constructed using different age diploid and haploid embryos, and mature oocytes. Genome-wide transcriptome analysis was performed and interactive regulatory networks were constructed. Our analysis permitted the identification of maternal and zygotic mRNAs and miRNAs and related processes. Based on expression profiles of mRNAs and miRNAs in mature oocytes and haploid and diploid embryos of 2, 6 and 18-24 h of development, we constructed integrative regulatory networks (miRNA:mRNA) showing that the same miRNA could target different mRNAs in each type of embryo, in the same phase of development. As example we cite broad/GB48272, which is classified as maternal in diploid embryos and regulated by four different miRNAs. However, in haploid embryos it is zygotic and regulated by only one miRNA. Analysis of RNAseq and in situ hybridization showed the expression pattern of zelda in early honeybee embryos. Zelda is a key activator of Drosophila early zygotic genome and regulates important events in early embryogenesis binding to TAGteam motif. In A. mellifera, we found a putative TAGteam motif that has been implicated in early zygotic transcription. Moreover, in situ hybridization and PCR assay showed three pri-miRNAs (ame-mir-375-3p, ame-mir-34-5p and ame-mir-263b-5p) expressed during cleavage. The presence of pri-miRNAs is the first evidence of early zygotic transcription during cleavage. In short, we could say that this is the first work on Apis mellifera describing the early embryonic developmental events comparing haploid and diploid embryos using modern bioinformatics tools and advanced molecular analysis.

The conservation of the coconut palm has been investigated in recent years by research organizations, public and private. These studies have concentrated on obtaining conservation protocols in vitro using slow growth and cryopreservation. Storage as a means of maintaining the viability of pollen, it is important for the preservation of genetic variability, facilitates the exchange of germplasm and contributes greatly to the generation of variability obtained from artificial crosses increasing the efficiency of breeding programs. The objective of this work was to study the effect of mannitol and abscisic acid (ABA) on growth of seedlings of coconut dwarf accessions for conservation purposes, and in vivo studies of the viability and storage conditions of pollen grains. For the study of conservation by slow growth were used mature zygotic embryos of Gramame Red Dwarf (AVG) and Malayan Yellow Dwarf (AAM). The coconut embryos were inoculated in culture medium Y3 (Eeuwens, 1976) supplemented with 30 g L-1 sucrose, gelled with 0.7% agar in presence of 2.5 g L-1 of activated charcoal. Were tested the following concentrations of mannitol: 0; 0.1; 0.2, 0.3 and 0.4 M. In other experiment was tested the following ABA concentrations: 0, 10, 20, 30 and 40 mM. The 0.1 and 0.2 M mannitol reduced the plantlets length of AAM and AVG accessions, respectively at 180 and 270 days of cultivation. Concentrations above 20 μM ABA were viable to inhibit the plantlets growth to 180 and 270 days. The ABA concentrations tested not inhibit the access AVG growth. For the study of determining the culture medium in germination of pollen grains, it was evaluated four culture media: Brewbaker and Kwack (1983) modified by Sousa et al. (2010); Lora et al. (2006); Sousa et al. (1998) and Sousa et al. (1998) modified by the author, in different times: 0, 24, 48 and 72 hours. The Lora culture medium promoted the major in vitro germination of AVeJBr pollen grains. Pollen grains of AVeJBr access showed viability up to 72 hours (3 days). The condition of storage at -20°C and -80°C promotes more viable pollen germination of AVC access up to 60 days. The condition of storage at -196°C promotes greater availability of pollen germination by AVeJBr access up to 60 days. / A conservação do coqueiro tem sido alvo de estudos nos últimos anos por organizações de pesquisa pública e privada. Essas pesquisas têm se concentrado na obtenção de protocolos por crescimento lento ou criopreservação. O armazenamento, como meio de manutenção da viabilidade do pólen, é importante para a preservação da variabilidade genética, facilita o intercâmbio de germoplasma e contribui muito na geração de variabilidade obtida através de cruzamentos artificiais aumentando a eficiência dos programas de melhoramento genético. O objetivo do trabalho foi de estudar o efeito do manitol e do ácido abscísico (ABA) no crescimento de plântulas de acessos de coqueiro anão para fins de conservação, além de estudos da viabilidade in vivo e condições de armazenamento de grãos de pólen. Para o estudo de conservação por crescimento lento foram utilizados embriões zigóticos maduros de acessos de coqueiro anão vermelho de Gramame (AVG) e anão amarelo da Malásia (AAM) e para estudos da viabilidade in vivo e condições de armazenamento de grãos de pólen o acesso anão verde de Jiqui do Brasil (AVeJBr). Os embriões foram inoculados em meio de cultura Y3 com 30 g L-1 de sacarose, geleificado com 0,7% de ágar na presença de 2,5 g L-1 de carvão ativado. Foram testadas as seguintes concentrações de manitol: 0; 0,1; 0,2; 0,3 e 0,4 M. Em outro ensaio o ABA foi adicionado ao meio de cultura nas concentrações de 0; 10; 20; 30 e 40 μM. As concentrações de 0,1 e 0,2 M de manitol reduziram o comprimento da parte aérea para os acessos AAM e AVG, respectivamente aos 180 e 270 dias de cultivo. Concentrações acima de 20μM do ABA foram viáveis para inibir o crescimento de plântulas aos 180 e 270 dias. O acesso AVG não sofreu inibição do comprimento da parte aérea, quando concentrações de ABA foram adicionadas ao meio de cultura. Foram avaliados quatro meios de cultura para germinação in vitro do acesso AVeJBr: Brewbaker & Kwack (1983) modificado por Sousa et al. (2010); Lora et al. (2006); Sousa et al. (1998) e Sousa et al. (1998) modificado pelo autor, em diferentes tempos: 0, 24, 48 e 72 horas. O meio de cultura de Lora promoveu a maior germinação de grãos de pólen do acesso AVeJBr. Grãos de pólen de coqueiro AVeJBr apresentaram viabilidade média, sob temperatura ambiente, até 72 horas (3 dias). A condição de armazenamento a -20°C e -80°C promove maior viabilidade de grãos de pólen por germinação do acesso AVC até os 60 dias. A condição de armazenamento a -196°C promove maior viabilidade de grãos de pólen por germinação do acesso AVeJBr até os 60 dias.

The conservation of the coconut palm has been investigated in recent years by research organizations, public and private. These studies have concentrated on obtaining conservation protocols in vitro using slow growth and cryopreservation. Storage as a means of maintaining the viability of pollen, it is important for the preservation of genetic variability, facilitates the exchange of germplasm and contributes greatly to the generation of variability obtained from artificial crosses increasing the efficiency of breeding programs. The objective of this work was to study the effect of mannitol and abscisic acid (ABA) on growth of seedlings of coconut dwarf accessions for conservation purposes, and in vivo studies of the viability and storage conditions of pollen grains. For the study of conservation by slow growth were used mature zygotic embryos of Gramame Red Dwarf (AVG) and Malayan Yellow Dwarf (AAM). The coconut embryos were inoculated in culture medium Y3 (Eeuwens, 1976) supplemented with 30 g L-1 sucrose, gelled with 0.7% agar in presence of 2.5 g L-1 of activated charcoal. Were tested the following concentrations of mannitol: 0; 0.1; 0.2, 0.3 and 0.4 M. In other experiment was tested the following ABA concentrations: 0, 10, 20, 30 and 40 mM. The 0.1 and 0.2 M mannitol reduced the plantlets length of AAM and AVG accessions, respectively at 180 and 270 days of cultivation. Concentrations above 20 μM ABA were viable to inhibit the plantlets growth to 180 and 270 days. The ABA concentrations tested not inhibit the access AVG growth. For the study of determining the culture medium in germination of pollen grains, it was evaluated four culture media: Brewbaker and Kwack (1983) modified by Sousa et al. (2010); Lora et al. (2006); Sousa et al. (1998) and Sousa et al. (1998) modified by the author, in different times: 0, 24, 48 and 72 hours. The Lora culture medium promoted the major in vitro germination of AVeJBr pollen grains. Pollen grains of AVeJBr access showed viability up to 72 hours (3 days). The condition of storage at -20°C and -80°C promotes more viable pollen germination of AVC access up to 60 days. The condition of storage at -196°C promotes greater availability of pollen germination by AVeJBr access up to 60 days. / A conservação do coqueiro tem sido alvo de estudos nos últimos anos por organizações de pesquisa pública e privada. Essas pesquisas têm se concentrado na obtenção de protocolos por crescimento lento ou criopreservação. O armazenamento, como meio de manutenção da viabilidade do pólen, é importante para a preservação da variabilidade genética, facilita o intercâmbio de germoplasma e contribui muito na geração de variabilidade obtida através de cruzamentos artificiais aumentando a eficiência dos programas de melhoramento genético. O objetivo do trabalho foi de estudar o efeito do manitol e do ácido abscísico (ABA) no crescimento de plântulas de acessos de coqueiro anão para fins de conservação, além de estudos da viabilidade in vivo e condições de armazenamento de grãos de pólen. Para o estudo de conservação por crescimento lento foram utilizados embriões zigóticos maduros de acessos de coqueiro anão vermelho de Gramame (AVG) e anão amarelo da Malásia (AAM) e para estudos da viabilidade in vivo e condições de armazenamento de grãos de pólen o acesso anão verde de Jiqui do Brasil (AVeJBr). Os embriões foram inoculados em meio de cultura Y3 com 30 g L-1 de sacarose, geleificado com 0,7% de ágar na presença de 2,5 g L-1 de carvão ativado. Foram testadas as seguintes concentrações de manitol: 0; 0,1; 0,2; 0,3 e 0,4 M. Em outro ensaio o ABA foi adicionado ao meio de cultura nas concentrações de 0; 10; 20; 30 e 40 μM. As concentrações de 0,1 e 0,2 M de manitol reduziram o comprimento da parte aérea para os acessos AAM e AVG, respectivamente aos 180 e 270 dias de cultivo. Concentrações acima de 20μM do ABA foram viáveis para inibir o crescimento de plântulas aos 180 e 270 dias. O acesso AVG não sofreu inibição do comprimento da parte aérea, quando concentrações de ABA foram adicionadas ao meio de cultura. Foram avaliados quatro meios de cultura para germinação in vitro do acesso AVeJBr: Brewbaker & Kwack (1983) modificado por Sousa et al. (2010); Lora et al. (2006); Sousa et al. (1998) e Sousa et al. (1998) modificado pelo autor, em diferentes tempos: 0, 24, 48 e 72 horas. O meio de cultura de Lora promoveu a maior germinação de grãos de pólen do acesso AVeJBr. Grãos de pólen de coqueiro AVeJBr apresentaram viabilidade média, sob temperatura ambiente, até 72 horas (3 dias). A condição de armazenamento a -20°C e -80°C promove maior viabilidade de grãos de pólen por germinação do acesso AVC até os 60 dias. A condição de armazenamento a -196°C promove maior viabilidade de grãos de pólen por germinação do acesso AVeJBr até os 60 dias.

O desenvolvimento embrionário é o resultado de uma sequência controlada de eventos modulados por sinais ambientais e mecanismos intracelulares. Em Hymenoptera, esse processo tem um caráter especial devido ao sistema de determinação do sexo (Haplodiploide). Neste sistema, os ovos fecundados se desenvolvem em fêmeas (diploides) e os ovos não fecundados em machos (haploides). Assim, eventos importantes, como a ativação do ovo e transição materno-zigótica, eventos iniciais da embriogênese, são elementos-chave para compreender o desenvolvimento de ambos os tipos de embriões. Ativação do ovo é um evento complexo acionado em resposta a estímulos externos, necessários para o início da embriogênese. Em abelhas a ativação ovo ocorre independentemente da fecundação e parece ser desencadeado durante a passagem pelo trato reprodutivo da mãe. Além disso, se o ovócito não for fecundado ele irá se desenvolver em um organismo haploide. No entanto, se o ovo recebe o espermatozóide até 30 minutos depois da ativação, o ovo se desenvolve em um organismo diploide. Em Drosophila, a ativação do ovo é também idependente da fecundação. O estímulo inicial que desencadeia o desenvolvimento é devido tensões mecânicas sofridas pelo ovócito durante a ovulação pela passagem através do trato reprodutivo. Neste modelo, o primeiro sinal de ativação inclui a ativação da via dependente de cálcio. Moléculas maternas que são incorporados no ovócito durante ovogênese, atuam durante a ativação do ovo, bem como no início da embriogênese. Os eventos iniciais da embriogênese também são caracterizados pela ausência de altos níveis de transcrição zigótica. As moléculas depositadas atuam na ativação do ovo, quebrando a dormência da divisão celular permitindo a ocorrência do início do desenvolvimento embrionário. Mas, o embrião em desenvolvimento gradualmente degrada e substitui essas moléculas herdadas da mãe, em um processo conhecido como transição materno-zigótica. Nosso principal objetivo foi o entendimento da comunicação entre as moléculas herdadas e as recém produzidas durante os primeiros passos do desenvolvimento de Apis mellifera. Para alcançar nosso objetivo, 16 bibliotecas de RNAseq (mRNA e miRNA) foram construídas utilizando amostras de RNA total de embriões diploides e haploides de diferentes idades e ovócitos maduros. A análise do transcriptoma mostrou que existem genes diferencialmente expressos entre os dois tipos de embriões já em 1 h de desenvolvimento. Além disso, nossa análise permitiu a identificação de mRNAs e miRNAs maternos e zigóticos, além de processos com que estas moléculas se relacionam. As análises mostraram também que um mesmo miRNA pode atingir diferentes mRNAs em cada tipo de embrião, na mesma fase de desenvolvimento. Além disso, um mesmo gene pode ser diferentemente regulado nos dois tipos de embriões. Por exemplo, broad/GB48272, que é classificado como materno em embriões dipoides é regulado por quatro miRNAs diferentes e em embriões haploides é classificado como zigótico, regulado por apenas um miRNA. Análise das bibliotecas de RNAseq e hibridação in situ mostrou o padrão de expressão de zelda em embriões jovens de abelhas. Zelda é um ativador chave do genoma zigótico em Drosophila e regula eventos importantes na embriogênese se ligando a um motivo conservado, TAGteam. Em A. mellifera, encontramos um motivo TAGteam putativo que tem sido relacionado à transcrição zigótica precoce. Além disso, a hibridização in situ e PCR mostraram três primiRNAs (ame-mir-375-3p, ame-mir-34-5p e ame-mir-263b-5p) que se expressam durante a clivagem. A presença de pri-miRNAs evidenciou a início da transcrição zigótica durante a clivagem. Em suma, podemos dizer que este é o primeiro trabalho em Apis mellifera a descrever os eventos de iniciais do desenvolvimento embrionário comparando embriões haploides e diploides usando os recentes protocolos de bioinformática e os avanços da biologia molecular. / Embryonic development is the result of a precisely controlled sequence of events modulated by environmental signals and intracellular mechanisms. In Hymenoptera, this process takes a special character due the sex-determination system (haplodiploidy). In this system, fertilized eggs develop in females (diploid) and unfertilized eggs in males (haploid). Thus, important events such as egg activation and maternal-zygotic transition, events of the early embryogenesis are key elements to understand the development of both types of embryos. Egg activation is a complex event triggered in response to external stimuli and necessary for the onset of embryogenesis. In honeybees egg activation occurs independently of fertilization and seems to be triggered during the passage through mother\'s reproductive tract. Furthermore, if the egg is not fertilized it will develop into haploid organism. However, if the egg receives the sperm up to 30min after activation, this egg develops into a diploid organism. In Drosophila, the egg activation is also fertilization independent. Initial stimulus that triggers the development is due mechanical stresses suffered by the egg during ovulation and passage through the reproductive tract. In this model, the first activation signal includes activation of calciumdependent pathway. Maternal molecules that are incorporated into the oocyte during ovogenesis, act during egg activation, as well as in early embryogenesis. Early embryogenesis events are also characterized by absence of high levels of zygotic transcription. The deposited molecules drive egg activation, breaking cell division dormancy permitting the beginning of embryonic development. But, the developing embryo gradually degrades and substitutes these mother-inherited molecules, in a process known as mother-to-zygote transition. Our main objective was the understanding of the deep crosstalk among the inherited molecules and the newly ones produced during the first steps of Apis mellifera embryogenesis. To achieve our objective 16 deep sequenced RNA (mRNA, miRNA) libraries were constructed using different age diploid and haploid embryos, and mature oocytes. Genome-wide transcriptome analysis was performed and interactive regulatory networks were constructed. Our analysis permitted the identification of maternal and zygotic mRNAs and miRNAs and related processes. Based on expression profiles of mRNAs and miRNAs in mature oocytes and haploid and diploid embryos of 2, 6 and 18-24 h of development, we constructed integrative regulatory networks (miRNA:mRNA) showing that the same miRNA could target different mRNAs in each type of embryo, in the same phase of development. As example we cite broad/GB48272, which is classified as maternal in diploid embryos and regulated by four different miRNAs. However, in haploid embryos it is zygotic and regulated by only one miRNA. Analysis of RNAseq and in situ hybridization showed the expression pattern of zelda in early honeybee embryos. Zelda is a key activator of Drosophila early zygotic genome and regulates important events in early embryogenesis binding to TAGteam motif. In A. mellifera, we found a putative TAGteam motif that has been implicated in early zygotic transcription. Moreover, in situ hybridization and PCR assay showed three pri-miRNAs (ame-mir-375-3p, ame-mir-34-5p and ame-mir-263b-5p) expressed during cleavage. The presence of pri-miRNAs is the first evidence of early zygotic transcription during cleavage. In short, we could say that this is the first work on Apis mellifera describing the early embryonic developmental events comparing haploid and diploid embryos using modern bioinformatics tools and advanced molecular analysis.

The central theme of development, how cells are organized into functional structures and assembled into whole organisms, is addressed by developmental biology. One important feature of embryonic development is pattern formation, which is the generation of a particular arrangement of cells in three-dimensional space at a given point of time. Central to this work is the model system of the zebrafish, Danio rerio. The aim of the first part of this study was to try to understand how a distinct part of the embryonic brain called midbrain-hindbrain boundary (MHB), a region that acts as an organizer for the adjacent brain regions, is established in vertebrates. spiel-ohne-grenzen (spg) is one mutant which interferes with MHB development. Here, I addressed the role of pou2 in brain development by molecular, phenotypical and functional analysis. By genetic complementation and mapping I could elucidate the molecular nature of this mutant and found that the pou2 gene encoding the POU domain transcription factor is affected in spg mutant embryos. By chromosomal syntenic conservation, phylogenetic sequence comparison, and expression and functional data I imply that pou2 is the orthologue of the mammalian Oct4 (Pou5F1) gene. I find by detailed expression and transplantation analysis that pou2 is cell autonomously required within the neuroectoderm to activate genes of the MHB and hindbrain primordium, like pax2.1, wnt1, gbx2 or krox20. By gain-of-function experiments I demonstrate that pou2 synergizes with Fgf8 signaling in order to activate particularly the hindbrain primordium. Since pou2 is already provided to the embryo by the mother, I generated embryos which lack maternal and zygotic pou2 function (MZspg) to reveal a possible earlier than neuroectodermal role of pou2. In the second part of this work I demonstrate that pou2 is a key factor controlling endoderm differentiation. By expression and gain-of-function analysis I suggest a cell autonomous function for Pou2 in the first step of endodermal differentiation. By gain-of-function experiments involving the gene encoding the HMG transcription factor Casanova (Cas) I show that both Cas and Pou2 are necessary to activate expression of the endodermal differentiation marker sox17 in a mutually dependent way, and that the ability of Cas to ectopically induce sox17 strictly requires Pou2. I conclude that both maternal and zygotic pou2 function is necessary for commitment of endodermal progenitor cells to differentiate into endodermal precursor cells.

The central theme of development, how cells are organized into functional structures and assembled into whole organisms, is addressed by developmental biology. One important feature of embryonic development is pattern formation, which is the generation of a particular arrangement of cells in three-dimensional space at a given point of time. Central to this work is the model system of the zebrafish, Danio rerio. The aim of the first part of this study was to try to understand how a distinct part of the embryonic brain called midbrain-hindbrain boundary (MHB), a region that acts as an organizer for the adjacent brain regions, is established in vertebrates. spiel-ohne-grenzen (spg) is one mutant which interferes with MHB development. Here, I addressed the role of pou2 in brain development by molecular, phenotypical and functional analysis. By genetic complementation and mapping I could elucidate the molecular nature of this mutant and found that the pou2 gene encoding the POU domain transcription factor is affected in spg mutant embryos. By chromosomal syntenic conservation, phylogenetic sequence comparison, and expression and functional data I imply that pou2 is the orthologue of the mammalian Oct4 (Pou5F1) gene. I find by detailed expression and transplantation analysis that pou2 is cell autonomously required within the neuroectoderm to activate genes of the MHB and hindbrain primordium, like pax2.1, wnt1, gbx2 or krox20. By gain-of-function experiments I demonstrate that pou2 synergizes with Fgf8 signaling in order to activate particularly the hindbrain primordium. Since pou2 is already provided to the embryo by the mother, I generated embryos which lack maternal and zygotic pou2 function (MZspg) to reveal a possible earlier than neuroectodermal role of pou2. In the second part of this work I demonstrate that pou2 is a key factor controlling endoderm differentiation. By expression and gain-of-function analysis I suggest a cell autonomous function for Pou2 in the first step of endodermal differentiation. By gain-of-function experiments involving the gene encoding the HMG transcription factor Casanova (Cas) I show that both Cas and Pou2 are necessary to activate expression of the endodermal differentiation marker sox17 in a mutually dependent way, and that the ability of Cas to ectopically induce sox17 strictly requires Pou2. I conclude that both maternal and zygotic pou2 function is necessary for commitment of endodermal progenitor cells to differentiate into endodermal precursor cells.

RNA ist ein zentrales Molekül in der Zelle und essentiell für ihre Lebensfunktionen. Die durchschnittliche Halbwertszeit von RNA-Molekülen limitiert jedoch die zeitliche Auflösung herkömmlicher RNA-Sequenzierung, da geringe Änderungen im Transkriptom kaum zu erkennen sind, bis eine gewisse Anzahl an Molekülen akkumuliert. Durch metabolische Markierung von RNA (SLAMseq) kann die Auflösung deutlich erhöht werden. Hierfür werden der Probe markierte Nucleotide (4sU/4sUTP) zugesetzt, die dann zufällig in neu transkribierte RNA inkorporiert werden und eine Unterscheidung zwischen ‚neuer‘ und ‚alter‘ RNA erlauben. In dieser Arbeit werden eine der ersten Einzelzell-SLAMseq-Methoden, die dazugehörige Datenanalyse-Software sowie drei Anwendungen der entwickelten Methoden vorgestellt. Die erste Anwendung verwendet Einzelzell-SLAMseq, um zwischen maternaler (alter) und zygotischer (neuer) RNA in sich entwickelnden Zebrafischembryos bis zur Gastrulation zu unterscheiden. Im Rahmen des Projekts entstand der erste Einzelzell-SLAMseq-Datensatz in einem vollständigen Wirbeltier, der es außerdem erlaubt, im Vorfeld identifizierten lokalisierten maternalen Transkripten zeitlich zu folgen. Diese – vorher uncharakterisierten –Transkripte wurden während der Gastrulation in den Keimzellen angereichert gefunden, was Rückschlüsse auf ihre mögliche Funktion erlaubt. Die zweite Anwendung konzentriert sich auf die neu transkribierte RNA und verwendet (Einzelzell-)SLAMseq, um Transkripte, die in Reaktion auf Stress während der Probenaufbereitung hergestellt wurden, zu identifizieren und rechnerisch zu entfernen. Die Vorteile der Methode werden in mehreren Systemen und Geweben (Mausherz, Zebrafischlarve, Maus-Microglia) demonstriert. In der dritten Anwendung wird eine Machbarkeitsstudie für in vivo SLAMseq zur Identifikation der initialen Immunantwort nach Makrophagenstimulation präsentiert, die auf einen deutlichen Gewinn an zeitlicher Auflösung durch SLAMseq hindeutet. / RNA is a central molecule in the cell and essential to its life functions. With the average RNA half life being multiple hours, regular RNA sequencing has an intrinsic limit on temporal resolution, where small changes in the transcriptome are not picked up until a certain amount of transcripts has build up. This resolution can be greatly improved using RNA metabolic labelling (SLAMseq), where labelled nucleotides (4sU/4sUTP) are added to the samples. These nucleotides are randomly incorporated into nascent transcripts and allow distinction between RNA produced before and after introduction of the labelling agent. This thesis presents one of the first high throughput single cell SLAMseq protocols, an accompanying computational pipeline for data analysis as well as three applications for the developed methods. The first application uses single cell SLAMseq to distinguish between maternal (unlabelled) and zygotic (labelled) transcripts in early zebrafish development (up to mid-gastrulation). This project generated the first single cell SLAMseq dataset in a whole vertebrate. Additionally the data allows to follow a previously discovered set of vegetally localised maternal transcripts in time and determine that these specific transcripts are mainly enriched in the primordial germ cells at gastrulation, therefore ascribing a potential function to a set of so far uncharacterised genes. The second application focuses on newly transcribed RNA and uses (single cell) SLAMseq as a technique to identify and remove transcripts generated in response to sample preparation stress. The method’s benefits are demonstrated in multiple systems and tissues, among them mouse cardiomyocytes, zebrafish larvae and mouse microglia. Finally as the third application an in vivo proof of concept study of SLAMseq to identify first response genes in macrophage stimulation is presented, where the introduction of 4sU shows clear advantages in temporal resolution compared to unlabelled data.