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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.64.2019.tde-14072021-113841
Document
Author
Full name
Sylvia Rodrigues da Silveira
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2019
Supervisor
Committee
Martinelli, Adriana Pinheiro (President)
Dornelas, Marcelo Carnier
Dusi, Diva Maria de Alencar
Ferreira, Marcio Alves
Title in Portuguese
Caracterização morfoanatômica e padrão de expressão de genes relacionados ao desenvolvimento do arilo em fruteiras de interesse comercial
Keywords in Portuguese
Estruturas carnosas
Hibridização in situ
Passiflora edulis
Punica granatum
Sarcotesta
Abstract in Portuguese
Ao longo do curso da evolução estruturas carnosas diferenciadas nas sementes, comumente denominadas como "arilo", são descritas em diversas espécies e podem ser consideradas tegumentos supranumerários. Além de funcionarem como atrativos para agentes dispersores e representarem uma característica relevante para classificação botânica, tais estruturas podem apresentar propriedades de valor agronômico em algumas espécies. Botanicamente, a nomenclatura dessas estruturas é definida de acordo com as distintas origens anatômicas que apresentam e pouco se sabe sobre os mecanismos moleculares envolvidos no surgimento das mesmas uma vez que são ausentes nas espécies modelo mais estudas até o momento. Maracujá (Passiflora edulis) e romã (Punica granatum) são conhecidas por seu valor medicinal e nutritivo. Ambas apresentam estruturas carnosas conspícuas, nas quais ocorre o acúmulo de suco, tornando-as importantes culturas no setor agroindustrial. O presente trabalho caracterizou o desenvolvimento morfoanatômico das estruturas carnosas presentes nas sementes de P. edulis e P. granatum, as quais possuem origens anatômicas e formação distintas, apesar de apresentarem a mesma função biológica. Adicionalmente, para o melhor entendimento do controle molecular da identidade e formação do arilo em P. edulis, analisou-se o padrão de expressão de genes candidatos, conhecidamente cruciais para o desenvolvimento do óvulo e de seus tegumentos em Arabidopsis, através das técnicas de hibridização in situ e RT-qPCR. A associação de estudos morfoanatômicos e estudos de moleculares é fundamental, pois gera informações temporais e espaciais sobre os padrões de expressão gênica, o que auxilia a elucidar as vias regulatórias que levam à diferenciação celular e morfogênese ao longo do desenvolvimento. A detecção dos ortólogos de INO, PHB e WUS ao longo do desenvolvimento dos óvulos e sementes de P. edulis indicou a conservação dos mecanismos moleculares descritos em espécies modelo. Mais importante, a presença de transcritos destes genes no arilo, indica que os ortólogos em P. edulis estão envolvidos na determinação de sua identidade e que seu desenvolvimento envolve mecanismos também presentes no desenvolvimento de tegumentos, dando indícios de homologia entre essas estruturas. Juntamente com as informações e recursos moleculares disponíveis para algumas espécies de Passiflora, os resultados obtidos neste trabalho, evidenciam o potencial da utilização destas espécies como modelo para estudos do desenvolvimento do arilo. Adicionalmente, servem de subsídio para estudos futuros, incluindo, por exemplo, a transformação genética utilizando os genes analisados neste trabalho, entre outros, visando melhor caracterizar suas funções em Passiflora e contribuir com estudos filogenéticos e evolutivos dessas inovações morfológicas
Title in English
Morphoanatomical characterization and expression pattern of genes related to aril development in tropical fruits of commercial interest
Keywords in English
Fleshy structures
In situ hybridization
Passiflora edulis
Punica granatum
Sarcotesta
Abstract in English
During the course of evolution fleshy structures differentiated from seeds and are commonly referred to as "aril". These are described in several species and can be considered as supernumerary teguments. In addition to its role in attracting seed dispersal agents and representing a relevant characteristic for botanical classification, such structures may present properties of agronomic value in some species. Botanically, the nomenclature of these structures is defined according to their anatomical origins and little is known about the molecular mechanisms involved in their initiation, since these are absent in the currently most studied model species. Passion fruit (Passiflora edulis) and pomegranate (Punica granatum) are known for their medicinal and nutritional values. Both species present conspicuous fleshy structures that are responsible for the production of juice, which makes them agriculturally important crops. The present work characterized the morphoanatomical development of the fleshy structures present in the seeds of P. edulis and P. granatum, which have different anatomical origins and formation, despite the same biological function. In addition, for the better understanding of the molecular control of aril identity and formation in P. edulis the expression patterns of candidate genes, known to be crucial for ovule and integument development in Arabidopsis, was analysed by in situ hybridization and RT-qPCR. The association of morphoanatomical and molecular studies is of great importance since it generates spatio-temporal information about gene expression patterns, helping to elucidate the regulatory pathways that lead to cell differentiation and morphogenesis throughout development. The detection of INO, PHB and WUS orthologs during ovule and seed development in P. edulis indicates the conservation of molecular mechanisms described in model species. More importantly, the presence of transcripts of these genes in arils indicates that the orthologs in P. edulis are involved in determining aril identity and that its development involves the same mechanisms present in the development of integuments, suggesting a homology between the structures. Along with the information and molecular resources available for some species of Passiflora, the results obtained with this work show the potential of these species as a model for studies of aril development. Additionally, these support future studies, such as genetic transformation using the genes analysed in this work, aiming to better characterize their functions in Passiflora and contribute with phylogenetic and evolutionary studies of these morphological innovations
 
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Publishing Date
2021-08-10
 
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