Tendril growth and identification of potential gene markers of organs and meristems in Passiflora edulis (Passifloraceae)

Orientador: Marcelo Carnier DornelasTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de BiologiaResumo: Uma importante questão em biologia vegetal é como novidades morfológicas foram produzidas durante a evolução. O gênero Passiflora representa um exemplo de planta que produz complexas estruturas cujas origens não foram elucidadas, como a gavinha e a corona. Plantas de Passiflora edulis na fase adulta constantemente produzem botões florais. O meristema axilar (MX) se subdivide em dois domos, um que origina uma gavinha e outro que origina o meristema floral (MF). Um segundo MX é formado entre o complexo botão floral mais gavinha e o caule, que corresponderá à gema axilar adventícia. A ontogênese e a disposição destas estruturas levaram autores a considerar a gavinha em Passiflora como parte do eixo primário de uma inflorescência reduzida, mas os mecanismos moleculares que definem estas estruturas de origem comum, mas com forma final totalmente diversa não estão definidos. A fim de entender estes mecanismos, o crescimento da gavinha foi analisado utilizando dados morfológicos e anatômicos, que concluíram que a gavinha cresce pela base, semelhantemente ao padrão de crescimento de folhas. Adicionalmente, genes MADS-box da linhagem AP1/FUL, foram identificados e seu padrão de expressão avaliado em P. edulis. PeAP1 é expresso em todo o meristema axilar, incluindo o MF e a gavinha. Níveis de expressão de PeAP1 na gavinha permanecem elevados até este órgão estar maduro. PeAP1 também foi detectado em outras regiões meristemáticas, como o meristema apical caulinar e a gema axilar. Na flor, PeAP1 foi detectado principalmente em sépalas e pétalas, mas a hibridização in situ em botões florais mostrou transcritos nas regiões onde se formará a corona, nos óvulos e em micrósporos e células do tapete. A presença de PeAP1 nestas regiões sugere um papel de regulação da transcrição de outros genes que conferem identidade a estes órgãos, além da manutenção do meristema floral e da formação de órgãos do perianto. A expressão de PeAP1 na gavinha pode estar também relacionada a este papel do gene, e não somente à identidade floral. PeFUL apresentou expressão generalizada em todos os tecidos, porém em níveis maiores em folhas e caule, e nos carpelos. Diferentemente de PeAP1, PeFUL também é expresso no fruto, podendo estar relacionado aos processos de amadurecimento. Foram também identificados genes que tipicamente conferem polaridade a órgãos em plantas, como os das famílias YABBY, ARP e HD-ZIP III e genes de meristema, como os genes KNOX. PeSTM e PeKNAT1 são expressos nos MFs e no início da formação de primórdios de gavinha e de bráctea, e sua expressão parece ser suprimida à medida que estes órgãos se desenvolvem, ficando restrita ao MF, o que traz evidências de que a gavinha cresça inicialmente como um ramo. PePHAN é expresso em primórdios de folhas e em primórdios de gavinha e de brácteas e, aparentemente, a expressão é diminuída na gavinha em crescimento, possivelmente levando à abaxialização da gavinha. Por fim, genes de referência para normalização em análises de expressão por qRT-PCR foram identificados e dos genes analisados, PeCAC e PeSAND foram os que apresentaram maior estabilidade na expressão nos diferentes tecidosAbstract: An important issue in plant biology is how morphological novelties are produced during evolution. The genus Passiflora represents an example of plants that display complex structures whose origins have not been clarified yet, such as the corona filaments in the flowers and the tendrils that grow in the axils of the leaves, next to a flower bud. Adult plants of Passiflora edulis constantly produce flower buds. The axillary meristem (AM) is subdivided into two domes, one that forms the tendril and another one that forms the flower meristem (FM). A second AM is formed in between the tendril flower complex and the stem, which corresponds to the vegetative bud. The ontogeny and the arrangement of these structures have led some authors to consider the tendril in Passiflora as part of the primary axis of a reduced inflorescence, but the molecular mechanisms that define these structures of common origin, but with completely different final shapes are not clear. In order to understand these mechanisms, the tendril growth was analyzed using morphological and anatomical data, which concluded that the tendril grows from the bottom, similarly to the growth pattern of leaves. MADS-box genes of the AP1 / FUL lineage were identified and their expression patterns evaluated in P. edulis. PeAP1 is expressed throughout the AM, including the FM and the tendril. PeAP1 expression levels in the tendrils remain high even after maturity. PeAP1 was also detected in other meristematic regions, such as stem apical meristem and the axillary bud. In the flower, PeAP1 was detected mainly in sepals and petals, but in situ hybridization showed transcripts in regions that will form the corona, in tapetum cells and microspores, as well as in ovules. The presence of PeAP1 in these regions suggest a role in regulating the expression of other transcription factors required for organ specification, in addition to maintaining the floral meristem and perianth organ identity. The expression of PeAP1 in the tendrils could also be related to this role and not only to the floral identity. PeFUL showed widespread expression in all tissues, but at higher levels in leaves, stem, carpels and fruits. The expression in the fruit may be related to the ripening process. Genes that typically confer polarity in plant organs were also identified such as the YABBY, ARP and HD-ZIPIII, as well as meristem marker genes, such as the KNOX genes. PeSTM and PeKNAT1 are expressed in FMs and in tendril and bract primordia, but the expression is suppressed as these organs develop, being restricted to the FM, which brings evidence that the tendril initially grows as a lateral stem branch. PePHAN is expressed in leaf primordia and in the beginning of the development of tendrils and bracts, and apparently the expression is decreased as the tendril grows, possibly leading to abaxialization of the tendril. Finally, reference genes for normalization in expression analysis by qRT-PCR were identified and from the genes tested, PeCAC and PeSAND had the higher expression stability among the different P. edulis tissuesDoutoradoBiologia VegetalDoutora em Biologia Vegetal2010/52548-1FAPES