Evolução floral em espécies de Croton L. (Euphorbiaceae): ontogênese e perfil global da expressão gênica

The Euphorbiaceae are notable for floral and inflorescence diversity and evolutionary complexity. Croton, is the second largest genus in the family and exhibits particular diversity in its flowers, especially regarding perianth and number of stamens, besides the inflorescences, which are also very diverse. Considering Croton\'s great variability in the reproductive structures, the aim of this thesis was to study flowers and inflorescences with an evolutionary approach, including morphology, ontogeny, vasculature, auxin regulation and genetic expression. Flowers in several stages of development were analyzed using light microscopy and scanning electron microscopy. Inflorescences were analyzed in stereomicroscope and the traits were plotted on the most recent phylogeny of the genus. The genetic expression was tested using RNAseq. In the first chapter the flowers showed similarity in the initiation of sepals and the presence of filamentous, petaloid structures in Croton lundianus (Didr.) Müll. Arg., interpreted here as staminodes. In Croton sphaerogynus Baill., staminodes were described for the first time. The staminodes reported here could be interpreted as transitional structures that we considered as evolutionary reductions. In the second chapter, the staminate flowers showed polystemonous androecium and the delay in petals\' initiation and the antesepalous nectaries development interfered in the development of the stamens, characterizing obdiplostemony. Vasculature corroborated obdiplostemony and revealed a central stamen in C. fuscescens with carpelar features, interpreted here as a homeosis case. Glandular staminodes were registered and interpreted as a heterotopy case. The obdiplostemony may be related to modulation of the free IAA concentrations during floral developmental steps and Croton flowers can be used as good models for obdiplostemony, homeosis and heterotopy. In the third and fourth chapter we studied Croton inflorescences, which showed 17 patterns with differences on the organization and distribution of pistillate flowers. The inflorescence traits analyzed were very homoplastic, most likely determined by convergent evolution in distantly related lineages distributed in similar habitats. The genetic expression of C. fuscescens was particularly analyzed and the transcriptome showed that the different zones have their development guided through the same transcripts set. Each zone has different expression level and these variations and gradient could be interpreted as the boundary between each inflorescence zone. The floral developmental novelties and evolutionary links identified here raise the importance of future floral studies with the genus, what would bring a better understanding on how the reproductive structures evolved in the history of the groupEuphorbiaceae é uma família que recebe destaque quanto à diversidade de flores e inflorescências, além de sua complexidade evolutiva. Croton L. é o segundo maior gênero da família e exibe particular diversidade floral, em especial quanto a o perianto e número de estames, além das inflorescências, que também se apresentam muito diversas. Considerando a grande variação nas estruturas reprodutivas de Croton, o objetivo desta tese foi estudar as flores e inflorescências com abordagem evolutiva, incluindo morfologia, ontogênese, vascularização, regulação hormonal e expressão gênica. Flores em diversos estágios de desenvolvimento foram analisadas em microscopia der luz e varredura. Inflorescências foram estudadas em estereomicroscópio e os caracteres observados foram analisados nas filogenias mais recentes do grupo. A expressão gênica foi analisada com a técnica RNAseq. No primeiro capítulo as flores apresentaram semelhanças na iniciação das sépalas e presença de filamentos, estruturas petaloides em Croton lundianus (Didr.) Müll. Arg., interpretadas como estaminódios. Em Croton sphaerogynus Baill., estaminódios foram descritos pela primeira vez. Estas estruturas podem ser interpretadas como estruturas de transição evolutiva e reduções florais. No segundo capítulo as flores estaminadas apresentaram androceu polistêmone e o retardo na iniciação das pétalas e o desenvolvimento antessépalo dos nectários foram considerados como fatores chave para o desenvolvimento do androceu como obdiplostêmone. A vascularização corroborou a obdiplostemonia e revelou um estame central com características carpelares em C. fuscescens, interpretado aqui como um caso de homeose. Nectários glandulares foram registrados e interpretados como uma mudança heterotópica. A obdiplostemonia pode estar relacionada com as diferentes concentrações de auxina ao longo das etapas de desenvolvimento e as flores de Croton podem ser consideradas como bons modelos de obdiplostemonia, homeose e heterotopia. No terceiro e quarto capítulo nós investigamos as inflorescências de Croton, que apresentaram 17 padrões com diferenças na organização e distribuição das flores pistiladas especialmente. Os caracteres das inflorescências se mostraram homoplásticos e provavelmente determinados por evolução convergente em linhagens distantes distribuídas em habitats semelhantes. A expressão gênica de C. fuscescens foi particularmente analisada e o transcriptoma demonstrou que o desenvolvimento das diferentes zonas é regulado pelo mesmo conjunto gênico. Cada zona, pistilada ou estaminada, apresenta níveis distintos de expressão diferencial e o gradiente na expressão pode ser o delimitador entre as zonas. Os novos relatos quanto ao desenvolvimento floral em Croton e os links evolutivos identificados nesta tese levanta a importância de estudos para uma melhor compreensão sobre a evolução das estruturas reprodutivas neste grupo tão important

Ontogenetic study of the floral reduction in Euphorbiaceae and associated secretory structures: anatomy and evolution

Euphorbiaceae é uma família com grande diversidade floral, despertando o interesse desde meados do século XVIII e que, atualmente, é composta por 218 gêneros e 6.745 espécies, distribuídas em quatro subfamílias (Cheilosoideae, Acalyphoideae, Crotonoideae e Euphorbioideae). Essas variações morfológicas, tais como a presença de pseudantos e os diferentes níveis de reduções florais, são razões para as divergências em sua classificação e motivação para diversos estudos evolutivos. Considerando a variedade de tipos de pseudantos e flores presentes nas diferentes subfamílias, quatro espécies foram selecionadas para este trabalho: Dalechampia meridionalis Müll. Arg. (Acalyphoideae), Joannesia princeps Vell. (Crotonoideae), Euphorbia sipolisii N.E. Br. (Euphorbioideae) e Pera glabrata Poepp. ex Baill. (de posição incerta). O objetivo desse estudo foi analisar os diferentes graus de redução floral, com ênfase na atividade dos meristemas (padrões de divisão, expansão e diferenciação celular) juntamente com os fatores ontogenéticos (diferenças quanto à formação de primórdios) que levaram a supressão de verticilos e culminaram no surgimento dos pseudantos. Aliado a esta diversidade e à redução dos verticilos, tem-se a importância das estruturas secretoras na manutenção da recompensa ao polinizador e, portanto, o objetivo deste trabalho é complementado com o estudo morfoanatômico destas estruturas e análise histoquímica de seus exsudatos. Botões florais e flores em diversos estágios de desenvolvimento foram analisados em microscopia de luz e em microscopia eletrônica de varredura para auxiliar na investigação da ontogênese floral. Nas fases iniciais de desenvolvimento dos pseudantos, as primeiras estruturas a se formar são os diferentes níveis de brácteas. Os primórdios florais iniciam formação concomitantemente aos invólucros, sendo a iniciação das flores estaminadas pistiladas diferenciada, ocorrendo a formação de perianto unicamente em Dalechampia e Pera, formação de constrições nas flores de Dalechampia e Euphorbia e os pseudantos consideradas protogínicos. As flores de J. princeps apresentam iniciação similar à dos pseudantos, diferindo especialmente quanto ao desenvolvimento do perianto, não havendo a formação de constrição. As flores diferem anatomicamente quanto à características do gineceu e também nos padrões de ramificação. Coléteres são encontrados nas fases iniciais de desenvolvimento do ciátio e Dalechampia e laticíferos e idioblastos fenólicos ocorrem em diversas fases de Joannesia e Pera, secretando exsudatos compostos por mucilagem, proteínas, ácidos graxos e fenólicos. A glândula de resina de Dalechampia e os nectários de Euphorbia e Joannesia atuam como glândulas nupciais e iniciam sua formação logo nos primórdios florais, apresentando secreção de exsudatos ricos em lipídios e açúcares, respectivamente. Considerando a ocorrência dos pseudantos em Acalyphoideae e Euphorbioideae e a variação floral presente em Crotonoideae, propõe-se que as características estruturais e as reduções florais observadas nos pseudantos tiveram mais de uma origem ao longo da evolução de Euphorbiaceae e assim sugerimos que os pseudantos evoluíram não apenas de um processo de redução, mas também de uma reorganização das flores ao longo do eixo da inflorescência. As estruturas secretoras estão possivelmente relacionadas a variação morfológica e à história evolutiva do grupo, importantes para o desenvolvimento completo das inflorescências e floresEuphorbiaceae is a family with great floral diversity, arousing interest from the mid-eighteenth century, currently composed of 218 genera and 6,745 species, distributed into four subfamilies (Cheilosoideae, Acalyphoideae, Crotonoideae and Euphorbioideae). The morphological variations such as the presence of pseudanthia and different levels of floral reductions are reasons for the differences in classification and also motivation for several evolutionary studies. Considering the variety of pseudanthia and flowers present in the different subfamilies, four species were selected for this study: Dalechampia meridionalis Müll. Arg. (Acalyphoideae), Joannesia princeps Vell. (Crotonoideae), Euphorbia sipolisii N.E. Br. (Euphorbioideae) and Pera glabrata Poepp. ex Baill. (uncertain position). The aim of this study was to analyze the different degrees of floral reduction, with emphasis on the activity of meristems (patterns of division, expansion and differentiation) along with the ontogenetic factors (differences on the primordia formation) which led to the suppression of whorls and culminated into the emergence of pseudanthia. Allied to this diversity and reduction of whorls, there is the importance of secretory structures in maintaining the pollinators reward and therefore the aim of this study is complemented with the morphoanatomical study of these structures and the histochemical analysis of their exudates. Flower buds and flowers in different stages of development were analyzed in light and scanning electronic microscopy to assist the investigation of floral ontogeny. In the early stages of development of pseudanthia, the first structures to be formed are the different levels of bracts. The floral primordia begin concomitantly as the involucre, with distinct initiation of staminate and pistillate flowers, formation of perianth only in Dalechampia and Pera, constrictions in the flowers of Euphorbia and Dalechampia and pseudanthia considered protogynic. The flowers of J. princeps show similar initiation as pseudanthia, differing especially in the development of the perianth, without the formation of constriction. The flowers differ anatomically in the gynoecium characteristics and also in branching patterns. Colleters are found in early stages of development of the cyathium and in Dalechampia, and laticifers and phenolic idioblasts occur in various stages of Joannesia and Pera, secreting exudates composed of mucilage, proteins, fatty acids and phenolic compounds. The resin gland of Dalechampia and the nectaries of Euphorbia and Joannesia act as nuptial glands and begin their formation in the floral primordia, presenting secretion of exudates rich in lipids and sugars, respectively. Considering the occurrence of pseudanthia in Acalyphoideae and Euphorbioideae and the floral variations present in Crotonoideae, it is proposed that the structural characteristics and floral reductions observed in pseudanthia had more than one single origin throughout the evolution of Euphorbiaceae and so we suggest that pseudanthia evolved not only by a process of reduction, but also by a reorganization of flowers along the inflorescence axis. Secretory structures are possibly related to morphological variations and the evolutionary history of the group, being important for the complete development of inflorescences and flower

Structure and development of fruits and seeds of weed species of Euphorbiaceae

Euphorbiaceae s.l. presents several morphological types of fruits, of which the schizocarp is the most common. The fruits of weed species of Euphorbia graminea Jacq., Euphorbia heterophylla L., Euphorbia hirta L. (= Chamaesyce hirta (L.) Millsp.) and Euphorbia prostrata Aiton (= Chamaesyce prostrata (Aiton) Small) are objects of this study. Inflorescences and fruits in development were collected on the campus of the State University of Maringa (UEM), Brazil, fixed in FAA 50 and glutaraldehyde, dehydrated and sectioned with a rotary microtome according to standard morphology and anatomy techniques. The species present several anatomical similarities, though there are some differences related to the outer epidermis of the ovaries, which is glabrous in E. graminea and hairy in the other species. The ripe fruits present a papilose exocarp and lack trichomes, except for E. hirta. The ovules are anatropous, bitegmic and crassinucellate; the seeds are exotegmic and the embryos are straight

Use of the polymerase chain reaction for detection of Fusarium graminearum in bulgur wheat

The detection of mycotoxigenic fungi in foodstuff is important because their presence may indicate the possible associated mycotoxin contamination. Fusarium graminearum is a wheat pathogen and a producer of micotoxins. The polymerase chain reaction (PCR) has been employed for the specific identification of F. graminearum. However, this methodology has not been commonly used for detection of F. graminearum in food. Thus, the objective of the present study was to develop a molecular methodology to detect F. graminearum in commercial samples of bulgur wheat. Two methods were tested. In the first method, a sample of this cereal was contaminated with F. graminearum mycelia. The genomic DNA was extracted from this mixture and used in a F. graminearum specific PCR reaction. The F. graminearum species was detected only in samples that were heavily contaminated. In the second method, samples of bulgur wheat were inoculated on a solid medium, and isolates having F. graminearum culture characteristics were obtained. The DNA extracted from these isolates was tested in F. graminearum specific PCR reactions. An isolate obtained had its trichothecene genotype identified by PCR. The established methodology could be used in surveys of food contamination with F. graminearum

Use of the polymerase chain reaction for detection of Fusarium graminearum in bulgur wheat Uso da reação da polimerase em cadeia para detecção de Fusarium graminearum em trigo para quibe

The detection of mycotoxigenic fungi in foodstuff is important because their presence may indicate the possible associated mycotoxin contamination. Fusarium graminearum is a wheat pathogen and a producer of micotoxins. The polymerase chain reaction (PCR) has been employed for the specific identification of F. graminearum. However, this methodology has not been commonly used for detection of F. graminearum in food. Thus, the objective of the present study was to develop a molecular methodology to detect F. graminearum in commercial samples of bulgur wheat. Two methods were tested. In the first method, a sample of this cereal was contaminated with F. graminearum mycelia. The genomic DNA was extracted from this mixture and used in a F. graminearum specific PCR reaction. The F. graminearum species was detected only in samples that were heavily contaminated. In the second method, samples of bulgur wheat were inoculated on a solid medium, and isolates having F. graminearum culture characteristics were obtained. The DNA extracted from these isolates was tested in F. graminearum specific PCR reactions. An isolate obtained had its trichothecene genotype identified by PCR. The established methodology could be used in surveys of food contamination with F. graminearum.A detecção de fungos micotoxigênicos em alimentos é importante porque sua presença pode indicar uma possível contaminação com as micotoxinas associadas. Fusarium graminearum é um patógeno de trigo e um produtor de micotoxinas. A reação da polimerase em cadeia (PCR) é empregada na identificação específica de F. graminearum. No entanto, essa metodologia não tem sido comumente empregada na detecção de F. graminearum em alimentos. Assim, o presente trabalho teve como objetivo desenvolver uma metodologia molecular para detectar F. graminearum em amostras comerciais de trigo para quibe. Dois métodos foram testados. No primeiro, uma amostra desse cereal foi contaminada com micélio de F. graminearum. O DNA genômico foi extraído dessa mistura e utilizado em uma reação de PCR específica para F. graminearum. A espécie F. graminearum foi detectada somente em amostras altamente contaminadas. No segundo método, amostras de trigo para quibe foram inoculadas em um meio de cultura sólido e isolados com características culturais de F. graminearum foram obtidos. O DNA extraído desses isolados foi utilizado em reações de PCR específicas para F. graminearum. Um isolado obtido teve o genótipo de produção de tricotecenos determinado por PCR. A metodologia estabelecida poderia ser utilizada em levantamentos de contaminação de alimentos com F. graminearum