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Propagative, morphoanatomical, and functional genomic aspects with emphasis on latex synthesis and formation of laticiferous vessels in plants cultivated in vitro of Hevea spp.
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Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia
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As bases técnico-científicas para silvicultura de alta performance, inevitavelmente, passam pela propagação de indivíduos, clones e novas variedades. Estes materiais elites produzidos devem ser dotados de características morfoanatômicas e moleculares superiores com resitência e/ou tolerância a estresses, bem como maior capacidade produtiva. Portanto, considerando os avanços atuais nas pesquisas com espécies do gênero Hevea com ênfase na Hevea brasiliensis, por apresentar maior produção de látex natural do mundo, estudos estão voltados principalmente para a criação de clones mais produtivos e resistentes a doenças fúngicas foliares, bem como a seleção precoce dos genótipos mais produtivos para a implementação de Programas de Melhoramento. Quando se trata da síntese da borracha natural, os estudos costumam usar indivíduos adultos. Entretanto, estudos voltados para propagação in vitro de plantas oriundas de embriões zigóticos ou segmentos nodais também são importantes. Uma vez que, pesquisas sobre a caracterização funcional do material propagado pode contribuir para verificar a formação completa de plantas in vitro visando a seleção de indivíduos mais equilibrados em termos de rusticidade e produção. Portanto, a fim de identificar marcadores de seleção precoce em genótipos de Hevea spp. nesta pesquisa investigamos embriões zigóticos de H. brasiliensis, H. guianensis, H. spruceana e RRIM 600; e seções nodais das espécies H. brasiliensis e H. spruceana submetidas a diferentes tratamentos de reguladores de crescimento vegetal (PGRs) cultivadas in vitro. Em seguida, investigamos a estrutura morfoanatômica e o perfil de expressão dos genes envolvidos na biossíntese do látex (REF1, REF3, REF7 e SRPP1), bem como a formação de vasos laticíferos (CDPK1, MPK3 e WOX13) em ambos os cultivos. No que diz respeito ao estabelecimento de cultivo in vitro de embriões zigóticos, diferentes estratégias foram observadas quanto à emergência e desenvolvimento das plântulas, no entanto, não implicaram em alterações morfológicas. Todavia, os distintos comportamentos quanto à emergência e desenvolvimento das brotações em seções nodais, revelaram que H. spruceana apresentou melhor desempenho que H. brasiliensis. Ao invetigar a morfoanatomia dos laticíferos, apresentou características distintas de morfologia celular entre as espécies aqui investigadas, evidenciadas por vasos laticíferos articulados e anastomosados em H. brasiliensis e RRIM 600; articuladas e não-anastomosadas em H. guianensis; e células laticíferas não articuladas, ramificadas e com distribuição agregada em H. spruceana, não havendo diferenças entre os cultivos de embriões zigóticos e seções nodais de seringueira. Os genes relacionados à biossíntese do látex e à formação de vasos laticíferos foram expressos nas plântulas/brotos em todos os genótipos estudados. Nossas descobertas demonstram que, o meio MS apresentou melhor desempenho em emergência e desenvolvimento de plântulas completas em todos os genótipos. Todavia, as seções nodais de diferentes genótipos de Hevea respondem diferencialmente às concentrações de PGRs em relação à emergência e desenvolvimento de brotos. A caracterização morfoanatômica dos laticíferos aliada ao perfil de expressão diferencial de REF1, REF3, REF7, SRPP1 e MPK3 apresentam potencial para utilização como marcadores moleculares, visando a seleção precoce de espécies de Hevea e a propagação massal de plântulas in vitro de genótipos “elite” auxiliando nos programas de melhoramento de seringueira.
Abstract
The technical-scientific bases for high-performance forestry inevitably involve the propagation of individuals, clones, and new varieties. These elite materials produced must be endowed with superior morphoanatomical and molecular characteristics with resistance and/or tolerance to stress, as well as greater production capacity. Therefore, considering current advances in research with species of the genus Hevea with emphasis on Hevea brasiliensis, as it presents the highest production of natural latex in the world, studies are mainly focused on creating clones that are more productive and resistant to foliar fungal diseases, as well as early selection of the most productive genotypes for the implementation of Improvement Programs. When it comes to the synthesis of natural rubber, studies usually use adult individuals. However, studies aimed at in vitro propagation of plants originating from zygotic embryos or nodal segments are also important. Since, research on the functional characterization of propagated material can contribute to verifying the complete formation of plants in vitro, aiming to select more balanced individuals in terms of rusticity and production. Therefore, to identify early selection markers in Hevea spp. in this research we investigated zygotic embryos of H. brasiliensis, H. guianensis, H. spruceana and RRIM 600; and nodal sections of the species H. brasiliensis and H. spruceana subjected to different treatments of plant growth regulators (PGRs) cultivated in vitro. Next, we investigated the morphoanatomical structure and expression profile of genes involved in latex biosynthesis (REF1, REF3, REF7 and SRPP1), as well as the formation of laticiferous vessels (CDPK1, MPK3 and WOX13) in both cultivars. Regarding the establishment of in vitro culture of zygotic embryos, different strategies were observed regarding the emergence and development of seedlings, however, they did not result in morphological changes. However, the different behaviors regarding the emergence and development of shoots in nodal sections revealed that H. spruceana performed better than H. brasiliensis. When investigating the morphoanatomy of laticifers, he presented distinct characteristics of cellular morphology between the species investigated here, evidenced by articulated and anastomosed laticifer vessels in H. brasiliensis and RRIM 600; articulated and non-anastomosed in H. guianensis; and non-articulated, branched, and aggregated laticifer cells in H. spruceana, with no differences between cultures of zygotic embryos and rubber nodal sections. Genes related to latex biosynthesis and the formation of laticiferous vessels were expressed in seedlings/shoots in all genotypes studied. Our findings demonstrate that MS medium showed better performance in emergence and development of complete seedlings in all genotypes. However, nodal sections of different Hevea genotypes respond differentially to PGRs concentrations in relation to shoot emergence and development. The morphoanatomical characterization of laticifers combined with the differential expression profile of REF1, REF3, REF7, SRPP1 and MPK3 present potential for use as molecular markers, aiming at the early selection of Hevea species and the mass propagation of in vitro seedlings of “elite” genotypes. assisting in rubber tree breeding programs.
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