Caracterização morfoanatômica, transcriptômica e estudo da aquisição de competência para a organogênese in vitro de espécies do gênero Melocactus (Cactaceae) - Silva, Gabriela Torres da (2019)
O Brasil é área prioritária na conservação da família Cactaceae por possuir grande número de espécies endêmicas. No entanto, fatores como degradação do habitat e coleta ilegal para comercialização como ornamental tem levado algumas espécies dessa família ao perigo de extinção, dentre estas espécies estão Melocactus paucispinus e M. glaucescens. Neste contexto, as técnicas de cultura de tecidos são uma importante ferramenta, pois permitem a propagação in vitro de material vegetal em larga escala, fornecendo uma alternativa à retirada dos indivíduos do seu habitat para a comercialização como ornamental. Contudo, a propagação in vitro de Melocactus apresenta alguns desafios, como o baixo número de brotos por explante, de brotos com variação morfológica e a ocorrência de variação somaclonal. Apesar do crescente interesse dos Melocactus como ornamental e da sua forma de propagação in vitro ser via cladódio, pouco se sabe sobre os aspectos morfofisiológicos relacionados à aquisição de competência para a organogênese in vitro dos membros deste gênero. Com o objetivo de aumentar o conhecimento sobre os processos da organogênese em espécies do gênero Melocactus, foi realizada a caracterização anatômica do cladódio de M. glaucescens e M. paucispinus, assim como a análise da ploidia das regiões do cladódio e a microtomografia de raio-X. As duas espécies de Melocactus estudadas apresentaram o mesmo padrão de organização dos tecidos e picos de ploidia, onde a periferia do cladódio e a medula apresentaram quatro picos de ploidia (2C, 4C, 8C e ~16C), as raízes são diploides e o córtex do cladódio apresentou um pico a mais de ploidia (~32C). A mixoploidia do cladódio foi atribuída ao programa de formação dos diferentes tecidos que compõem este órgão, o qual possui como uma das principais funções o armazenamento de água. As células com alta ploidia passaram por endociclos que aumentaram seus conteúdos de DNA, o que permite que o volume de armazenamento de água nos vacúolos seja maior para que assim possam desempenhar sua função de parênquima aquífero. A análise de microtomografia de raio-X mostrou que o diâmetro das células da região do córtex é maior do que na periferia e na medula do cladódio, corroborando com os dados de ploidia. Para compreender as modificações anatômicas durante a organogênese de M. glaucescens, foi realizada a caracterização anatômica de explantes cultivados na ausência de regulador de crescimento e explantes cultivados na presença de 1,34 μM de ácido naftaleno acético (ANA), 17,76 μM de 6- benzilaminopurina (BA) e com as aréolas feridas. Além disso, foi realizada a análise de expressão do gene SOMATIC EMBRYOGENESIS RECEPTOR-LIKE KINASE (MgSERK-like) nos mesmos tratamentos. Foi observada a formação de brotações derivadas da ativação da região meristemática das aréolas, assim como de regiões mais internas do cladódio, sendo que mais meristemoides foram observados no córtex dos explantes que foram submetidos à ação de reguladores de crescimento e ferimento. Este tratamento também mostrou elevado número de brotações, ocorrência de variação morfológica e expressão do gene MgSERK-like em todos os períodos analisados da organogênese. Alterações no padrão de expressão durante a organogênese in vitro também foram observadas nas análises de expressão diferencial (ED) de explantes antes e após a indução de organogênese na presença de 1,34 μM de ANA, 17,76 μM de BA e com as aréolas feridas. A análise do transcriptoma mostrou que os explantes antes da indução da organogênese apresentavam o metabolismo mais comprometido com o metabolismo primário, principalmente com a fotossíntese, além da alta expressão do fator de transcrição TCP, o qual é responsável pela forte dominância apical nessa espécie que não apresenta ramificações laterais naturalmente. As análises no Gene Ontology, Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, BiNGO e Plant Transcription Factor Database demonstram que o metabolismo nos explantes submetidos à organogênese é modificado e concentrado em genes relacionados com mitocôndria, parede celular, retículo endoplasmático, organização celular e biogênese, o que tem relação com o aumento da síntese de proteínas para dar suporte na divisão celular e formação de parede durante a regeneração. As análises de ED também indicam que os tecidos submetidos à organogênese apresentaram grande potencial na produção de compostos do metabolismo secundário, o que amplia as possibilidades de aplicação das culturas in vitro de M. glaucescens.