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Previous issue date: 2013-10-14 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Brachypodium distachyon (L.) P. Beauv. (Poaceae: Poideae) tem se destacado como planta modelo para gramíneas de clima temperado e espécies usadas para a produção de biocombustíveis. A linhagem Bd21 de Brachypodium distachyon tem um genoma completamente seqüenciado e montado, além de protocolos de genômica e de transformação bem estabelecidos com base em calos embriogênicos. No entanto, as informações sobre a origem e as alterações celulares que ocorrem durante a diferenciação de embriões somáticos nos estágios iniciais não foi documentada para B. distachyon. Também não há relatos sobre o uso de abordagens moleculares para investigar o processo de embriogênese somática nesta espécie. Portanto, os objetivos deste trabalho foram: (1) caracterizar as alterações morfológicas, anatômicas e histoquímicas que ocorrem durante a indução de embriogênese somática a partir de embriões zigóticos imaturos (EZI) da B. distachyon linhagem de referência Bd21 usando microscopia de luz e de varredura em associação com testes histoquímicos e, (2), realizar a clonagem e caracterização de genes SERK (SOMATIC EMBRYOGENESIS RECEPTOR-LIKE KINASE) e analisar sua expressão na indução de embriogênese somática utilizando hibridização in situ para monitorar os processos morfogenéticos in vitro. Culturas embriogênicas de B. distachyon (BD21) foram estabelecidas usando EZI 15 dias após a antese, em meio Murashige e Skoog (1962) contendo ácido 2,4- diclorofenoxiacético. A regeneração in vitro de plântulas derivadas de embriões somáticos ocorreu pela embriogênese somática através da via indireta. Os embriões somáticos tiveram uma origem multicelular e originaram-se de calo embriogênico formado a partir de células da epiderme na região do nó escutelar que se estenderam para a periferia do EZI. A ordem de acumulação de reservas nos embriões somáticos foi semelhante a dos embriões zigóticos. Nas culturas embriogênicas, proteínas e lipídios foram utilizados nos primeiros 2 dias em meio de indução. O teor de amido aumentou nos primeiros 2 dias em meio de indução e diminuiu em seguida em número de grânulos que se tornaram maiores e apareceram principalmente nas células vacuoladas adjacentes às massas pró-embriogênicas. Pequenos grânulos de amido começaram a acumular nos pró-embrioides após 4 dias em meio de indução e tornaram- se maior e mais abundantes em células do escutelo aos 12 dias em meio de indução. A diferenciação do embrião somático seguiu a mesma sequência de desenvolvimento verificado em outros membros da família Poaceae, ou seja, a passagem pelos estádios globular, escutelar e coleoptilar. O gene SERK tem sido usado como um marcador para as células competentes na embriogênese somática de várias espécies. Neste estudo, utilizando iniciadores degenerados, uma sequência específica homóloga de um fragmento do gene SERK foi amplificada de B. distachyon Bd21. A análise da sequência do fragmento de SERK (766 bp) revelou altos níveis de similaridade com genes SERK relatados em outras espécies. A análise de hibridização in situ mostrou que o gene SERK estava presente nos tecidos embriogênicos de B. distachyon antes do desenvolvimento de embriões somáticos e continuou sendo expresso nos estágios globular e escutelar. Estes resultados sugerem que a expressão do gene SERK de B. distachyon pode estar associada com a indução da embriogênese somática. Este estudo faz a primeira descrição de mudanças morfoanatômicas e histoquímicas durante o processo de embriogênese somática em B. distachyon linhagem Bd21. Este é também o primeiro relato sobre a clonagem e expressão de um gene SERK para a espécie e sugere que este gene pode servir como um marcador molecular para monitorar a transição de células somáticas em células competentes e embriogênicas também em B. distachyon. / Brachypodium distachyon (L.) P. Beauv. (Poaceae: Poideae) has been proposed as a new model for temperate and biofuel grasses. Brachypodium distachyon inbred line Bd21 has a fully sequenced and assembled genome, a series of genomics resources, and well-established somatic embryogenesis-based transformation protocols. However, information about origin and cellular changes occurring during the early differentiation of somatic embryos has not been documented for B. distachyon. There are also no reports on the use of molecular approaches to investigate somatic embryogenesis in B. distachyon. Therefore, the objectives of this study were (1) to characterize the morphological, anatomical and histochemical changes occurring during the induction of somatic embryogenesis from immature zygotic embryos (IZE) of B. distachyon community standard line Bd21 using light and scanning electron microscopy in association with histochemical tests and, (2), to carry out the cloning and characterization of SOMATIC EMBRYOGENESIS RECEPTOR-LIKE KINASE (SERK) genes and analysis of its expression in somatic embryogenesis induction using in situ hybridization for monitoring the morphogenetic processes in vitro. Somatic embryogenic cultures of B. distachyon (Bd21) were established following culture of IZE, 15 days post anthesis, on Murashige and Skoog (1962) medium containing 2,4- dichlorophenoxyacetic acid. In vitro regeneration of plantlets derived from somatic embryos occurred by the indirect somatic embryogenesis pathway. Somatic embryos had a multicellular origin and originated from embryogenic callus formed from cells of the epidermis in the region of the scutellar node and extended to the periphery of IZE. The order in accumulation of storage reserves in somatic embryos was similar to that of zygotic embryos. In the embryogenic cultures, storage proteins and lipids were used up in the first 2 days after culture (DAC). The levels of starch increased in the first 2 DAC and then decreased in number of granules that became larger and appeared mainly in the vacuolated cells subtending the proembryonic masses. Small starch granules started accumulating in proembryoids after 4 DAC and became larger and abundant in scutellar cells 12 DAC. Somatic embryo differentiation in B. distachyon proceeded through globular, scutellar and coleoptilar stages, following the morphological pattern of development of that reported in other members of the Poaceae. The SERK gene has been used successfully as a marker for competent cells in somatic embryogenesis of several species. In this study, using degenerate primers, it was possible to amplify a specific homologous sequence of a SERK gene fragment from B. distachyon Bd21. Sequence analysis of the SERK fragment (766 bp) revealed high levels of similarity to other reported SERKs. In situ hybridization analysis showed that the SERK gene was present in embryogenic tissues of B. distachyon before somatic embryo development and continued expressing through globular and scutellar stages. These results suggest that the expression of the B. distachyon SERK gene was associated with induction of somatic embryogenesis. This study provides the first description of morphoanatomical and histochemical changes underlying the embryogenic process in B. distachyon reference line Bd21. It is also the first report on the cloning and expression of a SERK gene for the species, suggesting that it could serve as a molecular marker to monitor the transition of IZE cells into competent and embryogenic cells also in B. distachyon line Bd21.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:localhost:123456789/7589 |
| Date | 14 October 2013 |
| Creators | Oliveira, Evelyn Jardim de |
| Contributors | Silva, Luzimar Campos da, Otoni, Wagner Campos |
| Publisher | Universidade Federal de Viçosa |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFV, instname:Universidade Federal de Viçosa, instacron:UFV |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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