Caracterização de genes relacionados a fitormônios no desenvolvimento de ovários de plantas de reprodução sexual e apomítica de Brachiaria brizantha

Abstract

Brachiaria brizantha, forrageira da família Poaceae, possui plantas de reprodução sexual ou assexual por apomixia. As principais diferenças no desenvolvimento reprodutivo dessas plantas ocorrem nos ovários, levando à formação de sacos embrionários (SE) do tipo Polygonum em plantas sexuais e Panicum em apomíticas. Em plantas sexuais, fitormônios estão relacionados com o controle da iniciação dos primórdios e número de óvulos, e com a formação dos tegumentos, no entanto, não há estudos sobre seu papel na diferenciação dos SE das plantas apomíticas. O objetivo deste trabalho foi caracterizar a expressão de genes associados a fitormônios disponíveis em bibliotecas de RNA-Seq de ovários em megasporogênese e megagametogênese de B. brizantha, com o desenvolvimento de SE característico das plantas sexuais e apomíticas. A análise destas bibliotecas revelou genes diferencialmente expressos nos modos de reprodução sexual e apomítico, e associados com fitormônios. Entre eles foram estudados: BbrizGID1, 92% similar ao gene receptor de giberelina GID1 (Gibberellin Insensitive Dwarf1), BbrizIPT9, 90% similar ao gene IPT9 (isopentenyltransferase 9), relacionado com a biossíntese de citocinina e BbrizLOG, 100% similar ao gene LOG (LONELY GUY), associado com a ativação da citocinina. Foi detectada a presença destes genes nos genótipos de B. brizantha sexual e apomítico. Os genes em estudo apresentaram expressão diferenciada durante o desenvolvimento dos SE. BbrizGID1 teve maior expressão no início da megasporogênese de plantas sexuais e apomíticas, BbrizIPT9 em megasporogênese e megagametogênese de plantas sexuais e BbrizLOG nos estádios finais da megasporogênese e início da megagametogênese em plantas apomíticas. Os transcritos de BbrizGID1 foram detectados na célula mãe do megásporo (CMM) de B. brizantha sexual e apomítica. Somente nas plantas apomíticas, a expressão foi também observada nas células nucelares, região na qual as células iniciais apospóricas se diferenciam para formar o SE de plantas apomíticas. BbrizIPT9 apresentou forte expressão na CMM, tanto de plantas apomíticas como de sexuais. Os transcritos de BbrizLOG foram detectados na CMM e fortemente na célula inicial apospórica, célula que formará o SE do tipo Panicum em plantas apomíticas. A expressão dos genes AtGID1a e AtGID1b de Arabidopsis thaliana foi localizada nos tegumentos interno e externo dos óvulos desta planta modelo, sem expressão na CMM e nas células nucelares. A superexpressão ectópica de AtGID1a sob controle dos promotores p35S e pSTK, assim como a ausência de expressão de AtIPT9 em mutante de A. thaliana ocasionaram a diferenciação de células semelhantes à CMM na região nucelar, sugerindo a associação destes genes com o desenvolvimento do óvulo e SE. Das células semelhantes à CMM, detectadas em plantas superexpressando AtGID1a, apenas uma célula por óvulo mostrou identidade de CMM, tampouco foram observados duplos SE em óvulos maduros, sugerindo que apenas uma CMM entrou no processo de gametogênese. Nosso estudo demonstrou que BbrizGID1, BbrizIPT9 e BbrizLOG atuam nos estádios iniciais do desenvolvimento dos SE de plantas apomíticas e sexuais e contribui para a compreensão do controle genético da apomixia.