Embriogênese somática indireta em coffea: aspectos genéticos, epigenéticos e do ambiente in vitro
Nome: JOÃO PAULO DE MORAIS OLIVEIRA
Tipo: Tese de doutorado
Data de publicação: 28/02/2020
Orientador:
Nome |
Papel |
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| MARCIA FLORES DA SILVA FERREIRA | Co-orientador |
Banca:
| Nome |
Papel |
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| STÉFANIE CRISTINA DE OLIVEIRA | Suplente Externo |
| WELLINGTON RONILDO CLARINDO | Orientador |
Páginas
Resumo: O gênero Coffea compreende cerca de 103 espécies com diferentes níveis de ploidia e histórias evolutivas. As espécies do gênero diversificaram-se principalmente por meio de mudanças na sequência de DNA (mutações), e também por eventos de alopoliploidia e outras modificações genômicas envolvendo alterações cromossômicas estruturais. Essas alterações na estrutura do genoma resultaram em diferentes fenótipos para algumas características morfológicas, fisiológicas e reprodutivas. A embriogênese
somática indireta (ESI) é uma via de expressão morfogenética que tem sido utilizada para investigar o desenvolvimento vegetal e os eventos ômicos (genoma, epigenoma, transcriptoma, metaboloma) relacionados, e também para propagação massal e conservação de germoplasma. Considerando que fatores genéticos, epigenéticos e/ou fisiológicos das plantas doadoras de explantes e que o ambiente in vitro interferem no estabelecimento da ESI, o presente estudo teve como objetivos: (a) estabelecer a ESI em Coffea arabica (2C = 2,62 pg e 2n = 4x = 44 cromossomos), Coffea canephora (2C = 1,41 pg e 2n = 2x = 22 cromossomos) Híbrido de Timor (HT) alotriploide (1C = 2,10
pg e 2n = 3x = 33) e hexaploide sintético (2C = 4,20 pg e 2n = 6x = 66); (b) investigar e comparar a influência da história evolutiva (origem e tempo de formação), das características cariotípicas (número de cromossomos, nível de ploidia e valor 2C nuclear) e dos níveis globais de citosina metilada (5-mC%) na ESI; e (c) avaliar o efeito do ambiente in vitro no estabelecimento da ESI. No primeiro estudo, o sistema líquido e semissólido influenciaram o estabelecimento da ESI em HT alotriploide. O sistema semissólido resultou em maior número médio de explantes responsivos (valor médio de ~100%) e massa celular (valor médio de 1,21 g), num menor período de tempo.
Embriões somáticos (ES) foram regenerados quando os calos do sistema líquido e do semissólido foram transferidos para o meio de regeneração de ES em sistema líquido. Portanto, o estabelecimento da ESI em sistema líquido foi mais eficaz, uma vez que apresentou resposta embriogênica com 45 dias e maior número médio de ES (38,85 por calo). Além disso, variações cariotípicas não foram observadas entre as plântulas regeneradas. No segundo estudo, a ESI foi estabelecida para o HT alotriploide e hexaploide, sendo que a origem evolutiva, as divergências cariotípicas, o nível global de 5-mC% e as concentrações de carvão ativado influenciaram a resposta in vitro. O HT
hexaploide apresentou menor número médio de explantes responsivos e maior nível de 5-mC%. Durante o estágio de regeneração de ES, o HT hexaploide mostrou novamente maior nível de 5-mC%, porém ambos os híbridos exibiram valor médio de 1,3 ES normais por calo aos 330 dias. As concentrações de 8 e 16 g L-1 de carvão ativado aumentaram os níveis de 5-mC% e a regeneração de ES anormais no HT hexaploide. As variações de 5-mC% em calos de HT hexaploide correspondem a uma resposta adaptativa às condições in vitro e, consequentemente, correspondem à variação epigenética somaclonal. No terceiro trabalho, as linhagens de C. arabica diferiram em relação à resposta in vitro. Oeiras exibiu o maior número médio de explantes foliares responsivos, seguido por Caturra e 'Catuaí Vermelho'. Os níveis globais de 5-mC%
aumentaram gradualmente ao longo do tempo nos calos friáveis de 'Catuaí Vermelho' (20,73% aos 60 dias e 30,79% aos 90 dias) e 'Caturra' (38,70% aos 60 dias e 53,40% aos 90 dias) e reduziu para Oeiras (34,34% aos 60 dias e 33,51% aos 90 dias). 'Catuaí Vermelho' exibiu o maior número médio de ES em todos os momentos avaliados e não foi observada a regeneração de ES para 'Oeiras'. Os calos friáveis embriogênicos de 'Catuaí Vermelho' e 'Caturra' exibiram valores distintos de 5-mC%, com valores médios de 54,09% para 'Caturra' e 43,35% para Catuaí Vermelho. Com base nos resultados, o
aumento global de 5-mC% é necessário para a regeneração e maturação de ES em linhagens de C. arabica. Este aumento global de 5-mC% está associado a uma remodelação da cromatina do estado eucromático para heterocromático. Como observado neste estudo, a metilação do DNA é um mecanismo dinâmico e variável que interfere no estabelecimento da ESI. No quarto estudo, as espécies C. arabica e C. canephora diferiram em relação às respostas in vitro. A adição de 2,4-D ao meio de indução aumentou o número de explantes responsivos em C. arabica e C. canephora e alterou os padrões de metilação global nos diferentes estágios da ESI. Além disso, o aumento da concentração de 2,4-D promoveu a regeneração de ES anormais. Os ES anormais exibiram maior nível de metilação global e núcleos com danos ao DNA. Além disso, o presente estudo mostrou que variações nos níveis globais de metilação são uma resposta adaptativa às condições ambientais in vitro.
Palavras-Chave: Café; Cultura de tecidos vegetais; Ploidia.
