Bases moleculares da perda de capacidade rizogênica em Eucalyptus globulus Labill

Abstract

Os plantios florestais têm contribuído significativamente para o avanço da economia. A indústria de papel e celulose destaca-se na prática desta atividade. Para a produção de plantas-elite, a principal técnica empregada pela indústria é a propagação vegetativa por miniestaquia, processo que é dependente do desenvolvimento adequado de raízes adventícias. Esta técnica está baseada na seleção de fenótipos de interesse, a partir dos quais são produzidas minimatrizes (minicepas). Estas matrizes são mantidas em casa de vegetação e delas são retiradas miniestacas que originam novas plantas. A vantagem em utilizar este modo de produção está relacionada ao ambiente controlado que pode ser manipulado, aumentando o vigor das minicepas e, por conseguinte, a probabilidade de enraizamento de miniestacas. Entretanto, algumas plantas de interesse comercial, como Eucalyptus globulus vários de seus híbridos, são recalcitrantes na emissão de raízes adventícias, dificultando a propagação vegetativa e podendo inviabilizar a mesma. A emissão de raízes adventícias é afetada por diversos fatores, incluindo a idade da planta matriz. O envelhecimento afeta negativamente a capacidade rizogênica. E. globulus perde de forma rápida a capacidade enraizamento adventício de microestacas (miniestacas cultivadas in vitro) com o envelhecimento da microcepa (minicepa cultivada in vitro). Existem alguns parâmetros fisiológicos que mudam conforme a idade da planta e podem afetar o enraizamento. As principais mudanças parecem estar associadas ao metabolismo e ação de auxinas e sua interação com o metabolismo de carboidratos. Visando melhor compreender a base da perda de competência rizogência em E. globulus, foi determinado o tempo necessário para o declínio significativo da capacidade de enraizamento adventício na ausência de auxina exógena em microestacas oriundas de microcepas de diferentes idades após semeadura. A seguir, amostras de porções apicais de microcepas foram obtidas logo antes (mais jovens; entre 30 e 45 dias) e logo após (mais velhas; entre 60 e 75 dias) a perda de competência rizogênica de microestacas delas derivadas. Nestas amostras foram analisadas a concentração de flavonoides, proteínas, carboidratos solúveis, amido e auxina endógena (ácido indol acético),atividade de peroxidases e padrão de expressão de genes relacionados ao metabolismo de carboidratos e auxinas, bem como à ação destes e alguns outros fitormônios. Não foram observadas mudanças significativas nas concentrações de carboidratos, flavonoides e proteínas solúveis antes e após a perda de capacidade rizogênica. Entretanto, houve um aumento na atividade de peroxidases, enzimas capazes de degradar auxinas, bem como uma redução na concentração de auxina em plantas mais velhas, o que se pode associar à perda de competência rizogênica.De modo coerente com estas variações, o gene relacionado à biossíntese de auxina TAA1 foi menos expresso em plantas mais velhas. O gene do receptor de auxina TIR1 também apresentou menor expressão em plantas mais velhas, sugerindo perda da sensibilidade à auxina. Por sua vez, genes relacionados à repressão de resposta ao fitormônio (TPL, IAA12) ou de resposta a citocininas, fitormônios antagonistas à auxina na rizogênese, (ARR1) foram mais expressos nas plantas mais velhas. Em conjunto, estes dados sugerem que a idade afeta negativamente o enraizamento principalmente em função da diminuição de auxina endógena, (causada por menor biossíntese e, possivelmente, maior catabolismo), menor sensibilidade à auxina, maior expressão de genes inibidores da ação de auxina, e de genes relacionados à ação de citocininas. Estes dados podem contribuir para o desenvolvimento de estratégias que visem prolongar a competência rizogênica de genótipos de E. globulus de interesse industrial.

Planted forests have played a significant role in economic progress. The paper and cellulose industry is a major user of tree plantations. In order to obtain elite plants, the main strategy applied is vegetative propagation by minicutting, which is dependent on adequate adventitious root development. This technique is based on the selection of phenotypes of interest and on the production of ministumps, which are maintained in greenhouses to provide minicuttings for generating new identical plants. The controlled environment and its manipulation increase the vigor of ministups and the probability of minicutting rooting. However, some species of commercial interest, such as Eucalyptus globules and several of its hybrids, are recalcitrant to developing adventitious roots, impairing vegetative propagation. The development of adventitious roots is affected by a number of factors, including the age of the cutting donor plant. Aging negatively affects rooting capacity. E. globulusquickly loses rooting capacity of microcuttings (in vitro cultivated minicutting) as the microstump (in vitro cultivated ministump) ages. Several physiological parameters change as the plant ages and may impact on rooting. The main differences seem to be associated with auxin metabolism and action and their interaction with carbohydrate metabolism. To better understand the bases of rooting competence loss in E. globulus, the time required for a significant decline in rhizogenic ability without exogenous auxin was determined in microcuttings derived from microstumps of different ages after sowing. Next, tip cuttings of microstumps were severed just before (younger, aged between 30 and 45 days) and right after (older, aged between 60 and 75 days) the loss of rooting competence of microcuttings derived from the microstumps. These samples were analyzed for the concentrations of flavonoids, proteins, soluble carbohydrates, starch, endogenous auxin (indole-3-acetic acid), peroxidase activity, and pattern of gene expression of genes involved in carbohydrate and auxin metabolism, as well as with action of these and other phytohormones. There were no significant changes in the concentration of carbohydrates, flavonoids, or proteins before and after the loss of rooting capacity. However, an increase in peroxidase activity, enzyme capable of auxin degradation, was observed. Auxins, on the other hand, had decreased content in older plants, what could be associated with loss of rooting competence. In agreement with these changes, the auxin biosynthesis gene TAA1 was less expressed in older plants. The auxin receptor gene TIR1 also had lower expression in older plants, suggesting reduced auxin sensitivity. On the other hand, genes associated with auxin response repression (TPL, IAA12) or with the action of cytokinins, auxin antagonist phytohormones in rhizogenesis (ARR1), were more expressed in older plants. Taken together, data suggest that age negatively affects rooting mainly as a function of decreasing endogenous auxin concentration (caused by less biosynthesis and higher degradation), lower auxin perception, higher expression of genes inhibiting auxin action, as well as of genes related to the action of cytokinins. These data may contribute to the development of strategies to extend rhizogenic competence in E. globulus genotypes of industrial interest.