Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Departamento de Biologia Celular, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2018-03-06T20:17:42Z
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Previous issue date: 2018-03-07 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). / Brachiaria brizantha, forrageira da família Poaceae, possui plantas de reprodução sexual ou assexual por apomixia. As principais diferenças no desenvolvimento reprodutivo dessas plantas ocorrem nos ovários, levando à formação de sacos embrionários (SE) do tipo Polygonum em plantas sexuais e Panicum em apomíticas. Em plantas sexuais, fitormônios estão relacionados com o controle da iniciação dos primórdios e número de óvulos, e com a formação dos tegumentos, no entanto, não há estudos sobre seu papel na diferenciação dos SE das plantas apomíticas. O objetivo deste trabalho foi caracterizar a expressão de genes associados a fitormônios disponíveis em bibliotecas de RNA-Seq de ovários em megasporogênese e megagametogênese de B. brizantha, com o desenvolvimento de SE característico das plantas sexuais e apomíticas. A análise destas bibliotecas revelou genes diferencialmente expressos nos modos de reprodução sexual e apomítico, e associados com fitormônios. Entre eles foram estudados: BbrizGID1, 92% similar ao gene receptor de giberelina GID1 (Gibberellin Insensitive Dwarf1), BbrizIPT9, 90% similar ao gene IPT9 (isopentenyltransferase 9), relacionado com a biossíntese de citocinina e BbrizLOG, 100% similar ao gene LOG (LONELY GUY), associado com a ativação da citocinina. Foi detectada a presença destes genes nos genótipos de B. brizantha sexual e apomítico. Os genes em estudo apresentaram expressão diferenciada durante o desenvolvimento dos SE. BbrizGID1 teve maior expressão no início da megasporogênese de plantas sexuais e apomíticas, BbrizIPT9 em megasporogênese e megagametogênese de plantas sexuais e BbrizLOG nos estádios finais da megasporogênese e início da megagametogênese em plantas apomíticas. Os transcritos de BbrizGID1 foram detectados na célula mãe do megásporo (CMM) de B. brizantha sexual e apomítica. Somente nas plantas apomíticas, a expressão foi também observada nas células nucelares, região na qual as células iniciais apospóricas se diferenciam para formar o SE de plantas apomíticas. BbrizIPT9 apresentou forte expressão na CMM, tanto de plantas apomíticas como de sexuais. Os transcritos de BbrizLOG foram detectados na CMM e fortemente na célula inicial apospórica, célula que formará o SE do tipo Panicum em plantas apomíticas. A expressão dos genes AtGID1a e AtGID1b de Arabidopsis thaliana foi localizada nos tegumentos interno e externo dos óvulos desta planta modelo, sem expressão na CMM e nas células nucelares. A superexpressão ectópica de AtGID1a sob controle dos promotores p35S e pSTK, assim como a ausência de expressão de AtIPT9 em mutante de A. thaliana ocasionaram a diferenciação de células semelhantes à CMM na região nucelar, sugerindo a associação destes genes com o desenvolvimento do óvulo e SE. Das células semelhantes à CMM, detectadas em plantas superexpressando AtGID1a, apenas uma célula por óvulo mostrou identidade de CMM, tampouco foram observados duplos SE em óvulos maduros, sugerindo que apenas uma CMM entrou no processo de gametogênese. Nosso estudo demonstrou que BbrizGID1, BbrizIPT9 e BbrizLOG atuam nos estádios iniciais do desenvolvimento dos SE de plantas apomíticas e sexuais e contribui para a compreensão do controle genético da apomixia. / Brachiaria brizantha, forage of the Poaceae family, has plants of sexual or asexual reproduction by apomixis. The main differences in the reproductive development of these plants occur in the ovaries, leading to the formation of embryo sacs (ES) of the Polygonum-type in sexual plants and of the Panicum-type in apomicts. In sexual plants, plant hormones are related to the control of primordia initiation and number of ovules, and in the formation of the integuments, however, there are no studies on their role in the ES differentiation of apomictic plants. The aim of this work was to characterize the expression of genes associated with plant hormones from RNA-Seq libraries of ovaries at megasporogenesis and megagametogenesis stages of B. brizantha, with the typical ES development of sexual and apomictic plants. Analysis of these RNA-Seq libraries showed genes differentially expressed in the two reproductive modes and associated with the plant hormones. Among them were studied: BbrizGID1, 92% similar to the gibberellin receptor GID1 gene (GIBBERELLIN INSENSITIVE DWARF1), BbrizIPT9, 90% similar to the IPT9 (ISOPENTENILTRANSFERASE 9), related to the cytokinin biosynthesis and BbrizLOG, 100% similar to the LOG (LONELY GUY), associated with the cytokinin activation. These genes were detected in sexual and apomictic genotypes of B. brizantha. They showed differential expression at different stages of ES development. BbrizGID1 displayed higher expression in the ovaries at early megasporogenesis of sexual and apomictic plants, BbrizIPT9 in megasporogenesis and megagametogenesis of sexual plants and BbrizLOG in the latter megasporogenesis and early megagametogenesis of apomictic plants. BbrizGID1 transcripts were detected in the megaspore mother cell (MMC) of sexual and apomictic B. brizantha. Only in the apomictic plants, expression was also observed in the surrounding nucellar cells, a region in which aposporous initial cells differentiate to form the ES of apomitic plants. BbrizIPT9 showed strong expression in MMC of both apomictic and sexual plants. BbrizLOG transcripts were detected in the MMC and strongly in the aposporous initial cells, cell which will form the ES of Panicum-type of apomictic plants. The expression of the AtGID1a and AtGID1b genes of Arabidopsis thaliana was localized in the inner and outer integuments of the ovules of this model plant, with no expression in the MMC and nucellar cells. AtGID1a ectopic overexpression under the control of the p35S and pSTK promoters, and also the absence of AtIPT9 expression in A. thaliana mutant showed the formation of MMC-like cells in the nucellus, suggesting the association of these genes with the ovule and ES development. In plants overexpressing AtGID1a, only one MMC-like cell per ovule showed MMC identity, nor more than one ES were observed in mature ovules, suggesting that only one MMC entered the gametogenesis process. Our study demonstrated that BbrizGID1, BbrizIPT9 and BbrizLOG act in the early stages of ES development of apomictic and sexual plants and contributes to the understanding of the genetic control of apomixis.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.unb.br:10482/31359 |
| Date | 07 December 2017 |
| Creators | Ferreira, Luciana Gomes |
| Contributors | Carneiro, Vera Tavares de Campos |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Inglês, Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UnB, instname:Universidade de Brasília, instacron:UNB |
| Rights | A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições:Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data., info:eu-repo/semantics/openAccess |
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