The role of auxin in the initiation of seed coat development in Arabidopsis thaliana

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Batista, Rita Adriano, 1990-
Data de Publicação: 2013
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/9484
Resumo: Tese de mestrado. Biologia (Biologia Molecular e Genética). Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2013
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spelling The role of auxin in the initiation of seed coat development in Arabidopsis thalianaEmbriologia vegetalArabidopsis thalianaBiologia do desenvolvimentoTeses de mestrado - 2013Tese de mestrado. Biologia (Biologia Molecular e Genética). Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2013Seed formation in Arabidopsis thaliana requires a coordinated development between embryo, endosperm and seed coat. While the first two structures are originated by a simultaneous fertilization event of egg and central cell, the seed coat is solely of sporophytic origin. Still, initiation of its development is triggered by the presence of the sexual endosperm. In fact, the type I MADS-box transcription factor, AGL62 is necessary to form an endosperm-derived signal that upon fertilization, triggers seed coat development. The nature of such signal is however still unknown. Symplastic connections between endosperm and seed coat are not known to exist, therefore phytohormones, due to their ability to actively cross cell membranes, are good candidates to be involved in this signaling process. Molecular evidence, such as gene expression studies, suggests that auxin is involved in seed coat development. In this study the role of this phytohormone in seed development, and more particularly in seed coat initiation were investigated. Reporter gene analysis revealed that auxin is present in all tissues of the ovule and seed throughout their development, and suggest that a fertilization-dependent increase in biosynthetic activity may be the initial drive for seed development. Additionally, it was found that auxin has the ability to induce autonomous seed formation, bypassing the developmental repression exerted by PcG proteins, in the absence of fertilization. Also, auxin partially rescued the phenotype of the agl62 mutant, which fails to develop a seed coat. Moreover, the results obtained here show that auxin is essential for correct cell specification and positioning in the embryo sac. Altogether, these results indicate that auxin has a predominant role in ovule and seed development and that this hormone seems to be involved in the pathway that leads to seed coat formation, most likely not as an exclusive participant.Durante o desenvolvimento das plantas observa-se a alternância entre uma fase esporofítica diplóide e uma fase gametofítica haplóide. Em angiospérmicas, ambos os gametófitos unissexuais são constituídos por um pequeno conjunto de células que se encontram envolvidos pela flor. O gametófito feminino forma-se em duas fases distintas: megaesporogénese e megagametogénese e após o desenvolvimento estar completo, o óvulo possui um conjunto de células gametofíticas envolvidas pelo tecido maternal esporofítico – o integumento. A composição final do gametófito feminino inclui uma oosfera, uma célula central formada a partir da fusão dos dois núcleos polares, duas sinérgides e duas antípodas. Na ausência de fertilização, proteínas PcG reprimem o desenvolvimento da semente. Estas proteínas estão organizadas em complexos que inibem a transcrição de vários loci através da sua metilação na lisina 27 da histona 3 (H3K27) e cada complexo actua em tecidos específicos durante o desenvolvimento. Assim, no óvulo, o complexo FIS (FERTILIZATION INDEPENDENT SEED) inibe a divisão autónoma da célula central, enquanto que os complexos VRN (VERNALIZATION) e EMF (EMBRYONIC FLOWER) inibem o desenvolvimento do invólucro da semente - o tegumento. A actividade destas proteínas permite portanto que a transição de óvulo para semente aconteça apenas mediante a fertilização. A fertilização dá-se quando os dois gâmetas masculinos se fundem com a oosfera e a célula central: a oosfera haplóide origina um embrião diplóide, enquanto que a célula central homodiplóide origina o endosperma triplóide. O crescimento simultâneo destas estruturas é essencial já que, apesar de apenas o embrião contribuir para estabelecimento da nova geração, o endosperma é indispensável para nutrir o embrião, assegurando que este possa completar a sua maturação. Para além do embrião e do endosperma, o tegumento da semente, originado a partir do integumento materno, é também essencial, já que mantém a integridade da semente durante o desenvolvimento, protegendo fisicamente os seus conteúdos. Adicionalmente, é também importante para promover a dormência e permitir a dispersão das sementes. Apesar de a fertilização apenas iniciar directamente o desenvolvimento do embrião e do endosperma, o tegumento começa também o seu desenvolvimento após a fertilização, desenvolvimento esse que é coordenado com os restantes componentes da semente. Isto sugere que exista um mecanismo de comunicação entre os tecidos gametofíticos e o tegumento esporofítico. De facto, o uso de mutantes de Arabidopsis que apenas produzem um gâmeta masculino – fertilizando unicamente a oosfera ou a célula central – demonstrou que o endosperma é necessário e suficiente para a formação do sinal que inicia o desenvolvimento do tegumento da semente. Para além disto, sabe-se que este sinal está dependente da actividade do factor de transcrição AGL62, expresso especificamente no endosperma. No entanto, a natureza deste sinal ainda é desconhecida. A comunicação entre endosperma e tegumento parece ser restrita, dado que não existem ligações simplásticas descritas entre estes dois compartimentos da semente. Desta forma, a natureza molecular do sinal que promove o desenvolvimento do tegumento está limitada a moléculas que consigam atravessar a membrana celular activamente, tais como hormonas. A análise de dados de expressão génica revela que genes de biossíntese de auxina estão sobre-regulados em mutantes de proteínas PcG, que produzem tegumento na ausência de fertilização. Adicionalmente, uma sub-regulação destes genes é observada no mutante agl62, cujas sementes não desenvolvem tegumento. Sabe-se também que a aplicação de auxina exógena induz partenocarpia em diversas espécies, incluindo Arabidopsis, e recorrendo a genes repórter que respondem à presença de auxina, viu-se que a concentração desta hormona é aumentada pouco após a fertilização. Todos estes dados sugerem a auxina como uma potencial candidata para o sinal que inicia o desenvolvimento do tegumento da semente. Neste estudo pretendeu-se não só melhorar o conhecimento actual sobre o papel da auxina no desenvolvimento dos óvulos e sementes de Arabidopsis, como também determinar se esta hormona está envolvida na via de sinalização que promove o desenvolvimento do tegumento. Os resultados obtidos neste estudo, através de genes repórter e da imunolocalização de auxina, indicam que esta hormona está presente em óvulos, tanto nos integumentos como na célula central. Além disso, a manipulação das vias de sinalização da auxina, permitiu perceber que a presença desta hormona nos integumentos é essencial para a formação do gametófito feminino. A disrupção da sinalização, especificamente nos integumentos, originou defeitos na diferenciação e no posicionamento das células do gametófito feminino e inclusivamente, em alguns dos óvulos, a formação do gametófito não ocorreu, pelo que estas estruturas possuíam apenas os integumentos. Daqui se conclui que a auxina dos tecidos esporofíticos tem um efeito indirecto mas crucial na formação do gametófito feminino. Após a fertilização, a expressão dos genes de síntese de auxina, YUC10 e YUC11, é induzida e restrita ao endosperma. De modo concordante, a presença de auxina foi detectada no endosperma, bem como no tegumento de sementes em crescimento. Observou-se também que a aplicação de um composto análogo à auxina, 2,4-D, em óvulos não fertilizados induz a formação de sementes autónomas. Nos óvulos tratados com este composto não só o tegumento se desenvolve, como também ocorre a divisão da célula central, formando assim endosperma assexual. Quando a aplicação deste composto é efectuada no mutante agl62, uma recuperação parcial do fenótipo é observada, indicando que a auxina é importante para o desenvolvimento do tegumento. A aplicação de NPA, um inibidor do transporte polar de auxina que causa a acumulação desta hormona nos locais da sua síntese, produziu resultados semelhantes aos descritos para a aplicação de 2,4-D, o que reforça a ideia de que a presença de auxina, acima de uma determinada concentração, induz a formação de sementes autónomas. Para além disto, e em concordância com os dados obtidos com os genes repórter e a imunolocalização de auxina, o fenótipo resultante da aplicação de NPA indica também que esta hormona é produzida na célula central e nos integumentos dos óvulos não fertilizados, se bem que em menores quantidades do que após a fertilização. É também interessante notar que a auxina tem a capacidade de ultrapassar a repressão ao desenvolvimento da semente, exercida pelas proteínas PcG. O mutante yucca6-2D, que apresenta níveis aumentados de auxina nos integumentos, e o mutante para as proteínas PcG VRN e EMF, vnr2-1 emf2-5, apresentam fenótipos semelhantes: ambos desenvolvem um tegumento autónomo, na ausência de fertilização. A análise dos fenótipos do triplo mutante yucca6-2D vnr2-1 emf2-5, e dos níveis de expressão de genes seleccionados nos mutantes yucca6-2D e vnr2-1 emf2-5 revelou que as proteínas PcG e a auxina têm a capacidade de regular processos semelhantes durante o desenvolvimento da semente. Contudo, nem todos os processos em que estão envolvidos serão comuns, já que diferenças na regulação da expressão de genes, bem como relações não-aditivas entre os fenótipos, são observadas nestes mutantes. Assim, os resultados obtidos neste estudo indicam que a auxina tem um papel fundamental no desenvolvimento dos óvulos e das sementes de Arabidopsis thaliana. Por um lado, a presença desta hormona durante a megagametogénese é essencial para a correcta formação do gametófito feminino, por outro, o aumento da síntese de auxina após a fertilização parece ser o factor que comanda e estimula o desenvolvimento da semente, possivelmente através da modulação da actividade das proteínas PcG. O facto de a expressão dos genes de síntese de auxina ser altamente induzida após a fertilização, bem como o facto de esta hormona induzir a formação de sementes autónomas, suportam esta hipótese. Apesar de o sinal que induz o desenvolvimento dos tegumentos ainda não ter sido identificado, os resultados aqui apresentados levam a crer que a auxina tem um papel importante na activação das vias moleculares que promovem o crescimento desta estrutura, quer seja fazendo parte de um sinal complexo criado no endosperma e que se desloca para o tegumento ou, alternativamente, sendo uma consequência directa de um outro sinal distinto.Köhler, CláudiaSilva, Jorge Miguel Luz Marques da, 1965-Repositório da Universidade de LisboaBatista, Rita Adriano, 1990-2013-11-07T17:09:08Z20132013-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/9484TID:201281660enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T15:53:57Zoai:repositorio.ul.pt:10451/9484Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:33:41.386783Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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