Embriogênese somática e criopreservação de embriões somáticos em pupunha (Bactris Gasipaes Kunth)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agrárias. Programa de Pós-Graduação em Recursos Genéticos Vegetais, Florianópolis, 2013A pupunha (Bactris gasipaes Kunth) é uma palmeira nativa da Amazônia, pertencente à família Arecaceae, sendo considerada uma árvore multi-propósito e desempenha um papel importante como um componente de agrossistemas. A produção de frutos e palmito para o mercado nacional são um dos seus usos mais importantes. Ela se tornou uma alternativa para a produção de palmito cultivado, apresentando diversas vantagens comparativamente a outras espécies de palmeiras (ex.: Euterpe edulis e E. oleracea) usadas para produção deste produto, tais como um curto ciclo de vida, presença de ramificações, níveis mais elevados de açúcares. Além disso, esta palmeira apresenta baixas concentrações das enzimas peroxidases e polifenoloxidase, permitindo o comércio in natura sem que haja oxidação do produto. O desenvolvimento de protocolos de regeneração in vitro se configura como uma eficiente ferramenta de apoio à conservação e programas de melhoramento genético da espécie. Entre as várias técnicas disponíveis, a embriogênese somática oferece vantagens como a produção automatizada em grande escala, com culturas cíclicas, e estabilidade genética das plântulas regeneradas. O Sistema de Imersão Temporária (SIT) é relevante para a ampliação ou melhoria de protocolos de regeneração in vitro e também abre possibilidades para automatizar algumas fases da cultura. Além disso, a embriogênese somática pode ser acoplada a programas de conservação por meio, por exemplo, da criopreservação de embriões somáticos. Sabe-se que o pool de genes da pupunha cultivada e selvagem é rico em diversidade, porém, esta sujeito à erosão genética, necessitando de urgente desenvolvimento de estratégias eficientes de conservação de germoplasma à longo prazo, sendo a criopreservação a estratégia mais adequada para este fim. A criopreservação é definida como a conservação de material biológico em temperaturas ultrabaixas (-196°C ou -150°C) e duas técnicas, vitrificação e vitrificação-droplet, estão sendo amplamente utilizadas para diversas espécies, sendo que as duas objetivam a obtenção de um estado vítreo de líquidos celulares, obtida por concentrações suficientemente altas de solutos (crioprotetores) e resfriamento rápido. Entretanto, a capacidade de recrescimento e estabilidade genética em plantas criopreservadas estão associadas a mudanças no DNA global celular, pricipalmente em nível epigenético, alterando o padrão de metilação global do DNA celular. Além disso, um aspecto crítico para se obter um protocolo de criopreservação de uma determinada espécie é diminuir a injuria na ultraestrutura da célula, que normalmente é causada pela técnica, e análises ultraestruturais e epigenéticas durante as etapas do protocolo de criopreservação se tornam importantes para aprimoramento destas técnicas. Considerando os aspectos supramencionados, o objetivo geral deste trabalho foi o de otimizar o protocolo de embriogênese somática para pupunha utilizando SIT nas diferentes fases deste, bem como desenvolver um protocolo para a criopreservação de embriões somáticos desta espécie, elucidando aspectos ultraestruturais e epigenéticos dos embriões somáticos submetidos a estas técnicas. A primeira parte do trabalho teve como objetivo específico identificar o melhor sistema de cultivo para cada etapa do protocolo de embriogênese somática de pupunha, aliado à análise bioquímica e epigenética, bem como avaliar os efeitos do ABA no processo de maturação dos embriões somáticos. Embriões somáticos multiplicados em aparatos RITA® apresentaram os melhores parâmetros analisados, ou seja, uma multiplicação elevada com o incremento significativo de proteínas totais (4,07 mg g-1), amido (1,34 mg g-1) e atividade enzimática da álcool desidrogenase (ADH)(3,65 OD min-1 mg-1 de proteína), ligado a um baixa taxa de metilação de DNA global (27,52%), indicando um possível avanço no desenvolvimento de embriões somáticos. O ABA juntamente com o meio de cultura semi-sólido, foi importante para a maturação de embriões somáticos, ligado a uma queda na metilação global do DNA (27,28%), o que provavelmente permitiu que a expressão de proteínas essenciais para a maturação dos embriões somáticos. No passo inicial da conversão, o cultivo em placas de Petri com meio de cultura isento de fitoreguladores proporcionou o desenvolvimento de um grande número de embriões verdes (105,25) que, em seguida, quando transferidos para os aparatos RITA® resultaram em um grande número de plântulas (315,7) em um tempo curto se comparado com os outros sistemas. Na aclimatização, a sobrevivência (83,3%) e enraizamento (94,4%) foram melhores para plântulas inicialmente com 7 cm, indicando a importância do tamanho da planta nesta etapa final. A segunda parte do trabalho avaliou a dinâmica da metilação global do DNA associada com as taxas de recrescimento de embriões somáticos durante as etapas do protocolo de criopreservação pela técnica de vitrificação-droplet. Clusters de embriões somáticos (SEC), submetidos a solução de vitrificação PVS3 (Plant Vitrification Solution 3) por diferentes períodos (0, 60, 120, 180 e 240 min) apresentaram diferentes taxas de recrescimento. A maior taxa (52,4%) foi obtida em resposta à técnica de vitrificação-droplet, combinado com um tempo de incubação de 120 minutos. A dinâmica de metilação do DNA global foi afetada tanto pela solução crioprotetora quanto pela submissão ao protocolo de criopreservação. Por exemplo, a incubação de SEC em PVS3, independente do tempo, não só reduz as taxas de recrescimento, como imediatamente aumenta os níveis de metilação global do DNA em relação aos SEC multiplicados no sistema de imersão temporária (controle). Porém, SEC que foram submetidos a criopreservação e posteriormente recuperados tiveram uma maior variação nas taxas de metilação global do DNA, e a exposição de SEC em PVS3 durante 120 min foi a única que conseguiu restabelecer o padrão inicial de metilação global após 24 semanas de recrescimento. Assim, durante a criopreservação de embriões somáticos, mudanças epigenéticas causadas pela alteração do estado de metilação global do DNA podem apresentar consequências fisiológicas implicando na conservação do germoplasma dessa importante espécie de palmeira. Para estabelecer um protocolo de criopreservação adequado, a terceira parte do trabalho objetivou avaliar as características ultraestruturais de SEC de B. gasipaes submetidos a criopreservação pela técnica de vitrificação. Assim, SEC foram incubados em diferentes tempos (0, 60, 120, 180 e 240 min) na solução PVS3. Em geral, as células submetidas a esta solução apresentaram características de células viáveis associadas a um núcleo proeminente, numerosas mitocôndrias e as paredes celulares bem preservadas. Células não incubadas em PVS3 não sobreviveram após o processo criogênico, apresentando células ultraestruturalmente colapsadas. O melhor tempo de incubação para a técnica de vitrificação foi de 240 minutos, resultando numa taxa de recrescimento de 37%. Nestes casos, várias características foram indicativas de um metabolismo celular ativo, incluindo núcleos intactos e paredes de células preservadas, um grande número de mitocôndrias e corpos lipídicos, bem como a presença de muitos grânulos de amido e cromatina condensada. Assim, a análise ultraestrutural revelou que as estruturas celulares totais foram conservadas depois do tratamento criogênico aliado a solução PVS3, validando o uso da técnica de vitrificação para a criopreservação de genótipos elite de pupunha, bem como os genótipos selvagens, que possuem uma ampla base genética muito rica e que devem ser conservados. Em conclusão, o protocolo de embriogênese somática desenvolvido neste trabalho mostra uma alta eficiência para a multiplicação, maturação dos embriões somáticos e produção de plântulas de pupunha e enfatiza a importância de modificar sistemas de cultivo nas diferentes etapas do protocolo resultando em alta qualidade de embriões somáticos, encurtando o tempo e aumentando o número de plântulas no final do processo. Com relação à criopreservação dos embriões somáticos, os acréscimos nas taxas de metilação global do DNA podem explicar as altas taxas de recrescimento desses embriões somáticos e estudos adicionais podem elucidar se estas variações epigenéticas podem ser herdadas pela geração seguinte e se as mudanças de metilação global do DNA causados durante criopreservação podem influenciar nas plântulas regeneradas a partir destes embriões somáticos criopreservados. Quanto às análises estruturais associadas à criopreservação, as mesmas revelaram estruturas celulares conservadas depois do tratamento criogênico e assim validando a técnica de vitrificação para a criopreservação de genótipos de pupunha

Memorial de infantería: Época 2 Número 9 - marzo 1873

Rice is the staple food for over half of the world’s population. Infestation of Schizotetranychus oryzae (Acari: Tetranychidae) causes great losses in rice productivity. To search for rice genotypes that could better tolerate S. oryzae infestation, we evaluated morphological and production parameters in Brazilian cultivars, and identified two cultivars with contrasting responses. Leaf damage during infestation was similar for all cultivars. However, infestation in Puitá INTA-CL resulted in reduction in the number of seeds per plant, percentage of full seeds, weight of 1,000 seeds, and seed length, whereas infestation in IRGA 423 increased weight of 1,000 seeds and seed length. Reduction in seed weight per plant caused by infestation was clearly higher in Puitá INTA-CL (62%) compared to IRGA 423 (no reduction detected), thus Puitá INTA-CL was established as susceptible, and IRGA 423 as tolerant to S. oryzae infestation. Photosynthetic parameters were less affected by infestation in IRGA 423 than in Puitá INTA-CL, evidencing higher efficiency of energy absorption and use. S. oryzae infestation also caused accumulation of H2O2, decreased cell membrane integrity (indicative of cell death), and accelerated senescence in leaves of Puitá INTA-CL, while leaves of IRGA 423 presented higher levels of total phenolics compounds. We performed proteomics analysis of Puitá INTA-CL and IRGA 423 leaves after 7 days of infestation, and identified 60 differentially abundant proteins (28 more abundant in leaves of Puitá INTA-CL and 32 in IRGA 423). Proteins related to plant defense, such as jasmonate synthesis, and related to other mechanisms of tolerance such as oxidative stress, photosynthesis, and DNA structure maintenance, together with energy production and general metabolic processes, were more abundant in IRGA 423. We also detected higher levels of silicon (as amorphous silica cells) in leaves of infested IRGA 423 plants compared to Puitá INTA-CL, an element previously linked to plant defense, indicating that it could be involved in tolerance mechanisms. Taken together, our data show that IRGA 423 presents tolerance to S. oryzae infestation, and that multiple mechanisms might be employed by this cultivar. These findings could be used in biotechnological approaches aiming to increase rice tolerance to mite infestation

Somatic Embryogenesis in Peach-Palm (Bactris gasipaes) Using Different Explant Sources

Peach palm (Bactris gasipaes Kunth) is a member of the family Arecaceae and is a multipurpose but underutilized species. Nowadays, fruit production for subsistence and local markets, and heart-of-palm production for local, national, and international markets are the most important uses of this plant. Conventional breeding programs in peach palm are long-term efforts due to the prolonged generation time, large plant size, difficulties with controlled pollination and other factors. Although it is a caespitose palm, its propagation is currently based on seeds, as off-shoots are difficult to root. Hence, tissue culture techniques are considered to be the most likely strategy for efficient clonal plantlet regeneration of this species. Among various techniques, somatic embryogenesis offers the advantages of potential automated large-scale production and putative genetic stability of the regenerated plantlets. The induction of somatic embryogenesis in peach palm can be achieved by using different explant sources including zygotic embryos, immature inflorescences and thin cell layers from the young leaves and shoot meristems. The choice of a particular explant depends on whether clonal propagation is desired or not, as well as on the plant conditions and availability of explants. Protocols to induce and express somatic embryogenesis from different peach palm explants, up to acclimatization of plantlets, are described in this chapter.Coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nivel superior//CAPES/BrasilConsejo Nacional de Desarrollo Científico e Tecnológico//CNPq/BrasilFundação Araucária///BrasilParque Tecnológico da Itaipu-PTI///BrasilConsejo Nacional para Investigaciones Científicas y Tecnológicas///Costa RicaUCR::Vicerrectoría de Investigación::Unidades de Investigación::Ciencias Agroalimentarias::Instituto de Investigaciones Agrícolas (IIA)UCR::Vicerrectoría de Investigación::Unidades de Investigación::Ciencias Agroalimentarias::Centro para Investigaciones en Granos y Semillas (CIGRAS

Root vacuolar sequestration and suberization are prominent responses of Pistacia spp. rootstocks during salinity stress.

Understanding the mechanisms of stress tolerance in diverse species is needed to enhance crop performance under conditions such as high salinity. Plant roots, in particular in grafted agricultural crops, can function as a boundary against external stresses in order to maintain plant fitness. However, limited information exists for salinity stress responses of woody species and their rootstocks. Pistachio (Pistacia spp.) is a tree nut crop with relatively high salinity tolerance as well as high genetic heterogeneity. In this study, we used a microscopy-based approach to investigate the cellular and structural responses to salinity stress in the roots of two pistachio rootstocks, Pistacia integerrima (PGI) and a hybrid, P. atlantica x P. integerrima (UCB1). We analyzed root sections via fluorescence microscopy across a developmental gradient, defined by xylem development, for sodium localization and for cellular barrier differentiation via suberin deposition. Our cumulative data suggest that the salinity response in pistachio rootstock species is associated with both vacuolar sodium ion (Na+) sequestration in the root cortex and increased suberin deposition at apoplastic barriers. Furthermore, both vacuolar sequestration and suberin deposition correlate with the root developmental gradient. We observed a higher rate of Na+ vacuolar sequestration and reduced salt-induced leaf damage in UCB1 when compared to P. integerrima. In addition, UCB1 displayed higher basal levels of suberization, in both the exodermis and endodermis, compared to P. integerrima. This difference was enhanced after salinity stress. These cellular characteristics are phenotypes that can be taken into account during screening for sodium-mediated salinity tolerance in woody plant species

Comparative proteomic analysis of somatic embryo maturation in Carica papaya L.

Made available in DSpace on 2015-06-08T14:01:54Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license.txt: 1914 bytes, checksum: 7d48279ffeed55da8dfe2f8e81f3b81f (MD5) ellen_valletal_IOC_2014.pdf: 5367800 bytes, checksum: dd684f9aec983b8c83cfb6c7430a57c9 (MD5) Previous issue date: 2014Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro (UENF), Centro de Biociências e Biotecnologia (CBB). Laboratório de Biotecnologia. Campos dos Goytacases, RJ, Brasil.Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro (UENF), Centro de Biociências e Biotecnologia (CBB). Laboratório de Biotecnologia. Campos dos Goytacases, RJ, Brasil.Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro (UENF), Centro de Biociências e Biotecnologia (CBB). Laboratório de Biotecnologia. Campos dos Goytacases, RJ, Brasil.Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Instituto de Toxinologia. Rio de janeiro, RJ, Brasil.Rio de Janeiro, RJ, Brasil.Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Instituto de Toxinologia. Rio de janeiro, RJ, Brasil.Rio de Janeiro, RJ, Brasil.Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Instituto de Toxinologia. Rio de janeiro, RJ, Brasil.Rio de Janeiro, RJ, Brasil.Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro (UENF), Centro de Biociências e Biotecnologia (CBB).Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro (UENF), Centro de Biociências e Biotecnologia (CBB). Laboratório de Biologia Celular e Tecidual. Rio de janeiro, RJ, Brasil.Background Somatic embryogenesis is a complex process regulated by numerous factors. The identification of proteins that are differentially expressed during plant development could result in the development of molecular markers of plant metabolism and provide information contributing to the monitoring and understanding of different biological responses. In addition, the identification of molecular markers could lead to the optimization of protocols allowing the use of biotechnology for papaya propagation and reproduction. This work aimed to investigate the effects of polyethylene glycol (PEG) on somatic embryo development and the protein expression profile during somatic embryo maturation in papaya (Carica papaya L.). Results The maturation treatment supplemented with 6% PEG (PEG6) resulted in the greatest number of somatic embryos and induced differential protein expression compared with cultures grown under the control treatment. Among 135 spots selected for MS/MS analysis, 76 spots were successfully identified, 38 of which were common to both treatments, while 14 spots were unique to the control treatment, and 24 spots were unique to the PEG6 treatment. The identified proteins were assigned to seven categories or were unclassified. The most representative class of proteins observed in the control treatment was associated with the stress response (25.8%), while those under PEG6 treatment were carbohydrate and energy metabolism (18.4%) and the stress response (18.4%). Conclusions The differential expression of three proteins (enolase, esterase and ADH3) induced by PEG6 treatment could play an important role in maturation, and these proteins could be characterized as candidate biomarkers of somatic embryogenesis in papaya

Improved high-efficiency protocol for somatic embryogenesis in Peach Palm (Bactris gasipaes Kunth) using RITA® temporary immersion system

Bactris gasipaes Kunth (Arecaceae) is an Amazonian palm cultivated mainly for the production of fruits and heart of palm. Biotechnological tools based on somatic embryogenesis (SE) can be used for improvement and germplasm conservation of this species. The efficiency of different culture systems and culture medium composition were evaluated to optimize the efficiency of SE. The study also evaluated global DNA methylation levels, total protein and starch contents, and alcohol dehydrogenase (ADH) activity. The RITA® bioreactor showed enhanced multiplication of somatic embryos with increased protein, starch levels and ADH activity. Furthermore, a low DNA global methylation rate (27.52%) was observed, suggesting its relationship with the expression of proteins associated with the maturation of somatic embryos and their subsequent conversion to plantlets. Somatic embryo maturation was successfully achieved on Petri dishes and abscisic acid (ABA) supplementation in the culture medium. Chlorophyll pigmented somatic embryos were obtained in Petri dishes containing PGR-free culture medium, and RITA® provided the greatest number of plantlets to be acclimatized after reaching 6-7 cm in length. In the acclimatization step, the best results were obtained with plantlets derived from RITA® after reaching 6-7 cm in length. These new findings shed light on the importance of defining adequate culture systems for different steps of in vitro regenerative protocols and represent a breakthrough in the in vitro morphogenesis process of peach palm, resulting in a large number of somatic plantlets with enhanced physiological and morphological features.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico/CNPq/[478393/2013-0]/CNPq/BrasilFundação de Amparo a Pesquisa e Inovação do Estado de Santa Catarina/[3770/2012]/FAPESC/BrasilFundação de Amparo a Pesquisa e Inovação do Estado de Santa Catarina/[2780/2012-4]/FAPESC/BrasilConsejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas/[490552/2010-2]/CONICIT/UCR::Vicerrectoría de Investigación::Unidades de Investigación::Ciencias Agroalimentarias::Centro para Investigaciones en Granos y Semillas (CIGRAS

Label-Free Quantitative Proteomics of Embryogenic and Non-Embryogenic Callus during Sugarcane Somatic Embryogenesis

<div><p>The development of somatic cells in to embryogenic cells occurs in several stages and ends in somatic embryo formation, though most of these biochemical and molecular changes have yet to be elucidated. Somatic embryogenesis coupled with genetic transformation could be a biotechnological tool to improve potential crop yields potential in sugarcane cultivars. The objective of this study was to observe somatic embryo development and to identify differentially expressed proteins in embryogenic (E) and non-embryogenic (NE) callus during maturation treatment. E and NE callus were cultured on maturation culture medium supplemented with different concentrations (0.0, 0.75, 1.5 and 2.0 g L^-1) of activated charcoal (AC). Somatic embryo formation and differential protein expression were evaluated at days 0 and 21 using shotgun proteomic analyses. Treatment with 1.5 g L^-1 AC resulted in higher somatic embryo maturation rates (158 somatic embryos in 14 days) in E callus but has no effect in NE callus. A total of 752 co-expressed proteins were identified through the SUCEST (The Sugarcane EST Project), including many housekeeping proteins. E callus showed 65 exclusive proteins on day 0, including dehydrogenase, desiccation-related protein, callose synthase 1 and nitric oxide synthase. After 21 days on maturation treatment, 14 exclusive proteins were identified in E callus, including catalase and secreted protein. NE callus showed 23 exclusive proteins on day 0 and 10 exclusive proteins after 21 days on maturation treatment, including many proteins related to protein degradation. The induction of maturation leads to somatic embryo development, which likely depends on the expression of specific proteins throughout the process, as seen in E callus under maturation treatment. On the other hand, some exclusive proteins can also specifically prevent of somatic embryos development, as seen in the NE callus.</p></div

Unique proteins that were identified in embryogenic (E) or non-embryogenic (NE) sugarcane callus under maturation treatment.

<p>Confidence scores were calculated by ProteinLynx Global Server (PLGS).</p><p>Unique proteins that were identified in embryogenic (E) or non-embryogenic (NE) sugarcane callus under maturation treatment.</p

Pie charts showing the functional classification of the co-expressed proteins.

<p>Functional classification of the co-expressed proteins from embryogenic (E) and non-embryogenic (NE) callus before (0) and after 21 days of maturation treatment (E-0, E-21, NE-0 and NE-21).</p

Venn diagram and pie charts displaying the numbers and functions of unique and co-expressed proteins.

<p>The number of unique and co-expressed proteins from embryogenic(E) and non-embryogenic (NE) callus during maturation treatment and the functional classification of unique proteins from embryogenic (E) and non-embryogenic (NE) callus at 0 and 21 days of maturation treatment (E-0, E-21, NE-0 and NE-21).</p