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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.41.2023.tde-17102023-171645
Document
Author
Full name
Marcelo Tomé Kubo
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2023
Supervisor
Committee
Sano, Paulo Takeo (President)
Moraes, Ana Paula de
Pirani, Jose Rubens
Simões, Ana Rita Giraldes
Title in Portuguese
Do pólen à expressão gênica: desvendando a importância taxonômica e filogenética das inflorescências em Myrteae (Myrtaceae)
Keywords in Portuguese
Evolução
Meristema
Morfologia
Myrciinae
Pliniinae
Abstract in Portuguese
Myrtaceae é uma família altamente diversa, com representação significativa no Brasil, especialmente na Mata Atlântica, e fornece recursos essenciais para os seres humanos, além de desempenhar serviços ecossistêmicos cruciais. Historicamente, as inflorescências em Myrtaceae vem sendo estudadas por diferentes pesquisadores e revela uma grande diversidade morfológica e ecológica, o que gera um volume grande de dados e uma confusão terminológica entre as diferentes áreas, de modo que trabalhos abrangentes e comparativos enfrentam obstáculos para o avanço do conhecimento nessa área. Nesse contexto, é necessária uma melhor compreensão dos padrões morfológicos e dos mecanismos genéticos que controlam o desenvolvimento dessas estruturas, visando, justamente o estabelecimento de uma base conceitual que permita a comparabilidade dessa grande diversidade. Aqui são melhor estudados alguns representantes da tribo Myrteae, com abordagens diversas, que compreendem aspectos relacionados a (1) morfologia de grãos de pólen e sua importância taxonômica e filogenética; (2) uma revisão sistemática da literatura sobre inflorescências, destacando os estudos em Myrtaceae, buscando discutir divergências de conceitos relacionados à arquitetura e evolução das inflorescências em Myrteae, bem como um levantamento das características de inflorescências nas subtribos Pliniinae e Myrciinae; e (3) uma análise dos padrões de expressão gênica em representantes da tribo, visando analisar relações filogenéticas entre as sequências obtidas e aquelas já disponíveis para Myrtales, além de uma comparação do grau de homologia entre as sequências obtidas e as sequências de Arabidopsis thaliana relacionadas ao controle da arquitetura de inflorescências e do desenvolvimento floral. Observou-se que características palinológicas da subtribo Pliniinae são informativas do ponto de vista taxonômico, contradizendo entendimentos anteriores sobre sua uniformidade. Traços morfológicos como morfologia colpal, ornamentação da exina, forma e tamanho podem ser combinados para fornecer suporte confiável na identificação de táxons. Sugere-se que o tipo de pólen ancestral da subtribo Pliniinae é oblato, com lados convexos, brevicolpado e ornamentação rugulada. No que diz respeito à diversidade arquitetural das inflorescências em Myrtaceae, demonstramos que as inflorescências do grupo PAM (Pliniinae + Mirciinae) provavelmente apresentavam uma arquitetura ancestral com até três ordens de ramificação, eixos racemosos e flores solitárias como eixos de terceira ordem com profilos livres. Em relação aos padrões de expressão gênica e identidade reprodutiva em Myrteae, as espécies Psidium cattleyanum, Feijoa sellowiana e Luma apiculata possuem prováveis genes homólogos e similaridades importantes na expressão gênica e mecanismos de floração com a planta modelo Arabidopsis thaliana. No geral, esses estudos comprovam a importância de características polínicas e da arquitetura da inflorescência na identificação taxonômica e estudos evolutivos das espécies de Myrteae. Além disso, pela primeira vez, são esclarecidos mecanismos genéticos subjacentes à floração em espécies de Myrteae e suas semelhanças com mecanismos já bem descritos para plantas modelo.
Title in English
From pollen to gene expression: unveiling the taxonomic and phylogenetic significance of inflorescences in Myrteae (Myrtaceae)
Keywords in English
Evolution
Meristem
Morphology
Myrciinae
Pliniinae
Abstract in English
Myrtaceae is a highly diverse family with significant representation in Brazil, especially in the Atlantic Forest, and provides essential resources for humans, in addition to providing important ecosystem services. Historically, the inflorescences of Myrtaceae have been studied by different researchers and show a great morphological and ecological diversity, generating a large amount of data and terminological confusion between different areas, so that comprehensive and comparative work is an obstacle to the advancement of knowledge in this area. In this context, a better understanding of the morphological patterns and genetic mechanisms that control the development of these structures is necessary, with the aim of establishing a conceptual basis that allows the comparability of this great diversity. Here, some representatives of the tribe Myrteae are investigated, with different approaches covering aspects related to (1) pollen grain morphology and its taxonomic and phylogenetic relevance; (2) a systematic review of the literature on inflorescences, highlighting the studies in Myrtaceae, trying to discuss divergences of concepts related to the architecture and evolution of inflorescences in Myrteae, as well as a survey of inflorescence characteristics in the subtribes Pliniinae and Myrciinae; and (3) an analysis of the patterns of gene expression in representatives of the tribe, with the aim of analyzing the phylogenetic relationships between the sequences obtained and those already available for Myrtales, as well as a comparison of the degree of homology between the sequences obtained and those of Arabidopsis thaliana related to the control of inflorescence architecture and floral development. It was found that the palynological characters of the subtribe Pliniinae are taxonomically informative, contradicting previous beliefs about their uniformity. Morphological characters such as colpal morphology, exine ornamentation, shape and size can be combined to provide reliable support for taxa identification. It is proposed that the ancestral pollen type of the subtribe is oblate, with convex sides, brevicolpate and rugose ornamentation. Regarding the architectural diversity of inflorescences in Myrtaceae, we show that inflorescences of the PAM group (Pliniinae + Mirciinae) probably had an ancestral architecture with up to three orders of branching, racemose axes and solitary flowers as third-order axes with free prophylls. In terms of gene expression patterns and reproductive identity in Myrteae, the species Psidium cattleyanum, Feijoa sellowiana and Luma apiculata share putative homologous genes and important similarities in gene expression and flowering mechanisms with the model plant Arabidopsis thaliana. Overall, these studies demonstrate the importance of pollen characteristics and inflorescence architecture in taxonomic identification and evolutionary studies of Myrteae species. In addition, for the first time, the genetic mechanisms underlying flowering and meristem identity in three Myrteae species are elucidated and their similarities to mechanisms already well described in model plants are presented.
 
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Release Date
2025-08-10
Publishing Date
2023-10-17
 
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