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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.11.2008.tde-22072008-161223
Document
Author
Full name
Simone Pacheco Lombardi
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2008
Supervisor
Committee
Peres, Lazaro Eustaquio Pereira (President)
Gonçalves, Antonio Natal
Kerbauy, Gilberto Barbante
Martinelli, Adriana Pinheiro
Otoni, Wagner Campos
Title in Portuguese
Estudo funcional de um locus de regeneração (Rg1) vindo de Solanum peruvianum, uma espécie selvagem relacionada ao tomateiro
Keywords in Portuguese
Cultura de tecidos
Fisiologia vegetal
Hormônios vegetais
Morfogênese vegetal
Mutação genética
Tomate.
Abstract in Portuguese
A regeneração in vitro é bastante utilizada em processos biotecnológicos. No entanto, pouco se conhece sobre os mecanismos envolvidos na aquisição de competência para formação de novos órgãos. Em tomateiro (S. lycopersicum), a alta capacidade de regeneração in vitro é atribuída ao alelo Rg1, vinda de Solanum peruvianum, e que está presente na cv MsK (S. lycopersicum x S. peruvianum). Os genes de nanismo da cv Micro-Tom (MT) foram passados para MsK, obtendo-se, após 8 gerações de autofecundação (F8), a cv Micro-MsK. No presente estudo, após 6 gerações de retrocruzamentos (BC6Fn), criou-se MT-Rg1, com Rg1 isogênico a MT. Testes de regeneração in vitro mostraram que a formação de gemas caulinares adventícias para MT-Rg1 e Micro-MsK são equivalentes, evidenciando que a alta capacidade de regeneração de Micro-MsK é basicamente devido ao Rg1. Plantas MTRg1 apresentam freqüente formação de 3 cotilédones, excesso de ramificações caulinares e senescência atrasada, características ausentes nos parentais. Esses efeitos pleiotrópicos de Rg1 coincidem com aqueles descritos para alterações no hormônio citocinina. Testes de sensibilidade à citocinina e de tempo de senescência realizados por nós, bem como dosagem desse hormônio feita por outras equipes, descartaram essa hipótese. Enxertias recíprocas evidenciaram que a promoção da ramificação caulinar por Rg1 não é um sinal translocável, mas parece ser uma característica intrínseca do tecido. Rg1 também promoveu uma maior formação de raízes adventícias em estacas ex vitro, sugerindo que ele afeta o processo de competência para formação de órgãos em geral, e não somente a indução específica de gemas caulinares. Duplos mutantes entre Rg1 e mutantes com alteração na sensibilidade/metabolismo hormonal (dgt, brt e pro), ausência de ramificações caulinares (ls) e senescência acelerada (l) foram obtidos e testados quanto ao padrão de ramificações e à capacidade de regeneração in vitro. Além desses parâmetros, a presença de Rg1 suprimiu o fenótipo de folhas pouco recortadas do mutante hipersensível a giberelina (pro) e recuperou o sistema radicular pouco desenvolvido do mutante com baixa sensibilidade à auxina (dgt). Rg1 também foi capaz de reverter a ausência de ramificações laterais de ls, sendo que a mutação Me, o qual representa uma superexpressão de um gene do tipo KNOX, não foi capaz. Esse resultado sugere que Rg1 não é um gene do tipo KNOX, embora esses genes sejam considerados os principais controladores da competência. Analisando diferentes tipos de explantes em experimentos independentes, contatou-se que, em geral, as mutações brt (baixa sensibilidade a citocinina), dgt e ls diminuíram a capacidade de regeneração de Rg1, enquanto l aumentou. Rg1 mostrou-se particularmente epistático à mutação pro, revertendo o fenótipo de baixa formação de gemas caulinares desse mutante. Surpreendentemente, Rg1 provou ser mais sensível à auxina em testes de alongamento de segmentos de hipocótilos, sendo capaz de reverter o fenótipo do mutante dgt nesse mesmo teste. Em conjunto, esses resultados confirmam o papel de Rg1 na fase de aquisição da competência e sugerem uma interação dos hormônios giberelina e auxina nesse processo.
Title in English
Functional study of a regeneration rg1 locus from Solanum peruvianum, a wild species related to tomato
Keywords in English
Competence
Double mutants
Micro-Tom.
Regeneration
Tomato plant
Abstract in English
The In vitro regeneration process is widely used in plant biotechnology. However, the mechanisms involved in the acquisition of competence for organ formation are hitherto unknown. In tomato (S. lycopersicum), the high capacity for in vitro regeneration is attributed to the Rg1 allele from S. peruvianum, which is present in the cv MsK (S. lycopersicum x S. peruvianum). The dwarfism genes of the cv Micro-Tom (MT) were transferred to MsK, and, after 8 generations of selfing (F8), the cv Micro-Msk was obtained. Here, after 6 generations of backcrosses (BC6Fn), we created the MT-Rg1, which has Rg1 isogenic to MT. Tests of in vitro regeneration showed that shoot formation in MT-Rg1 and Micro-MsK are equivalent, suggesting that the high capacity of regeneration of Micro-MsK is basically due to Rg1. Comparing MT-Rg1 with the control MT, we noticed a high frequency of 3 cotyledon formation, increased shoot branching and late senescence, which are absent in the parentals. These pleiotropic effects of Rg1 coincide with those described for plants with alterations in the hormone cytokinin. Tests of sensitivity for cytokinin and senescence behavior carried out by us, as well as dosage of that hormone made by other researches, discarded that hypothesis. Reciprocal grafting showed that the promotion of shoot branching by Rg1 is not a transmissible signal, but seems to be an inherent characteristic of the tissue. Rg1 also increases adventitious roots formation of ex vitro cuttings, suggesting that it affects the process of competence, which is common for shoots and roots, instead of the specific induction of shoots. Double mutants between Rg1 and mutants with alteration in the sensitivity/metabolism of plant hormones (dgt, brt and pro), as well as mutants with absence of shoot branching (ls) and accelerated senescence (l) were obtained and tested for the capacity of in vitro regeneration. The presence of Rg1 suppressed the phenotype of less dissected leaves of the mutant hypersensitive to gibberrellin (pro) and rescued the phenotype of poor developed root system of the mutant with low auxin sensitivity (dgt). Rg1 was also able to revert the absence of axillary shoot formation in ls, whereas the mutant Me, which represents an over expression of a KNOX gene was not. This result suggests that Rg1 is not a KNOX gene, although those genes are considered the main controllers of the competence. Analyzing different types of explants in independent experiments, it was verified that, in general, the mutations brt (low sensibility to cytokinin), dgt and ls decreased the regeneration capacity of Rg1, while l increased it. Rg1 was particularly epistatic to the pro mutation, reverting the phenotype of little shoot formation of that mutant. Surprisingly, Rg1 proved to be more sensitive to auxin in the hypocotyl segment elongation test, being able to revert the phenotype of the mutant dgt in the same test. Together, these results confirm the role of the Rg1 in the process of acquisition of the competence and suggest an interaction of the hormones gibberellin and auxin in this process.
 
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simone.pdf (4.63 Mbytes)
Publishing Date
2008-07-24
 
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