Uma visão proteômica e epigenética da embriogênese somática de Theobroma cacao L.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Recursos Genéticos Vegetais, Florianópolis, 2017.Theobroma cacao L. é uma espécie amplamente cultivada na zona tropical húmida do planeta. As sementes tem um elevado valor econômico e são a matéria prima para a produção de chocolate. No entanto, devido às características botânicas que esta espécie apresenta, associadas a um alto grau de auto-incompatibilidade, os plantios comerciais apresentam alta heterozigosidade genética, afetando diretamente a produtividade do cultivo. Por esta razão, sistemas de propagação clonal como estacas enraizadas e enxertia tem sido aplicados para a multiplicação de variedades de elite. Estas técnicas, contudo, apresentam alto custo de mão de obra e não garantem a qualidade sanitária das plantas. Neste contexto, técnicas de micropropagação in vitro associadas à embriogênese somática podem contribuir para produção em larga escala de novas variedades e de genótipos superiores, bem como para a conservação de germoplasma, além de servir como modelo para o estudo de processos fisiológicos, genéticos e bioquímicos envolvidos no desenvolvimento embrionário. A embriogênese somática a partir de partes florais tem sido o método mais eficiente para a regeneração in vitro de plântulas. Este sistema integra a embriogênese indireta com subsequente embriogênese secundária direta, a partir da qual o sistema se torna cíclico. Os protocolos de embriogênese somática apresentam lacunas no conhecimento que precisam ser preenchidas. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivos aprofundar nos mecanismos moleculares que determinam a qualidade dos embriões somáticos e estudar a relação da metilação do DNA e a capacidade de conversão de embriões somáticos com a embriogênese somática secundaria a longo prazo. Assim, utilizou-se a tecnologia de identificação multidimensional de proteínas (HDMSE), para identificar o perfil proteômico de embriões do tipo branco e do tipo translúcido, os quais diferem amplamente pela capacidade de conversão. O grupo das proteínas diferencialmente expressas revelou que a capacidade de conversão dos embriões somáticos está relacionada com o metabolismo dos carboidratos e com a capacidade das culturas em manter um equilíbrio no sistema redox. A análise global dos níveis da metilação do DNA em embriões somáticos jovens e embriões somáticos envelhecidos sugere que a hipometilação do DNA observada em embriões envelhecidos é uma resposta adaptativa (acumulativa) das culturas às condições in vitro, enquanto que a perda do potencial embriogênico associada com a embriogênese somática a longo prazo, é uma característica epigenética que pode ser reversível. Finalmente, o uso da droga demetilante 5-azcC mostrou uma correlação positiva com a recuperação do potencial embriogênico em embriões somáticos envelhecidos.Abstract : Theobroma cacao L. is a plant species widely cultivated in the humid tropics of the planet. The cacao beans have a high economic value and they are the raw material for the chocolate industry. However, due to the botanical traits associated with a high degree of self-incompatibility, the commercial plantations present high genetic heterozygosity, directly affecting the crop yield. For this reason, clonal propagation systems such as rooted cuttings and grafting have been applied for the multiplication of elite varieties. However, these methods present a high labor cost and do not guarantee the plants sanitary quality. In this view, in vitro micropropagation methods associated with somatic embryogenesis can contribute to the large-scale propagation of improved varieties and genotypes, as well as the conservation of germoplasm, and this can uses as a model for the study of the physiological, genetic and biochemical processes involved in plant embryogenic development. Somatic embryogenesis using floral explants has been the most efficient method for regeneration in vitro seedlings. This system integrates indirect embryogenesis with subsequent direct secondary embryogenesis, from which the system becomes cyclic. Somatic embryogenesis protocols present hole in the knowledge, which need to be elucidated. In this context, the present work had as objective to deepen in the molecular mechanisms that determine the somatic embryo quality to study the relationship between the DNA methylation and the embryogenic potential of somatic embryos in the long-term secondary somatic embryogenesis. Thus, the multidimensional protein identification technology (HDMSE) was used to identify the proteomic profiles of white and translucid somatic embryos, which are widely different in the conversion capacity. The somatic embryos conversion ability was related to carbohydrate metabolism and the ability of cultures to maintain equilibrium in the redox system. The global DNA methylation levels in young somatic embryos and aged somatic embryos suggested that hypomethylation of DNA in aged somatic embryos is an adaptive (cumulative) response to in vitro culture conditions, whereas the loss of the embryogenic potential associated with long-term somatic embryogenesis, is an epigenetic feature that can be reversible. Finally, the 5 -azaC showed a positive correlation with the recovery of the embryogenic potential in aged somatic embryos