Caracterização de genes AGAMOUS, SEPALLATA e AGL6 de Brachiaria brizantha, visando compreender a reprodução por apomixia

Abstract

Brachiaria brizantha constitui um sistema adequado para comparar a reprodução sexual e assexual por semente, apomixia, pois apresenta acessos sexuais, que contem sacos embrionários reduzidos, e apomíticos, com sacos embrionários não- reduzidos. Em plantas apomíticas, o embrião formado no saco embrionário não- reduzido se desenvolve independente da fertilização, dando origem a uma progênie idêntica à planta-mãe. A caracterização de genes do tipo MADS-box, fatores de transcrição que regulam a determinação e especificação dos órgãos florais, na formação do carpelo, do óvulo e do saco embrionário em B. brizantha pode contribuir na elucidação das vias moleculares envolvidas em sua reprodução. Neste trabalho, três tipos de genes MADS-box foram clonados: BbrizAG, BbrizSEP e BbrizAGL6 e sua expressão foi analisada ao longo do desenvolvimento dos gametófitos, visando compreender a reprodução por apomixia. Dois genes do tipo AG foram encontrados em B. brizantha, BbrizAG1 e BbrizAG2, o primeiro mais expresso em anteras da planta apomítica e o segundo em anteras da planta sexual. BbrizSEP2 e BbrizAGL6 foram preferencialmente expressos em ovários e anteras de plantas apomíticas e sexuais. BbrizAGL6 apresentou modulação da expressão em plantas apomíticas e sexuais e demonstrou maior expressão em ovários. Transcritos de BbrizAGL6 foram localizados preferencialmente no nucelo e na célula-mãe do megásporo (MMC) de ovários da planta apomítica e somente na MMC de ovários da planta sexual. MADS-box de B. brizantha formaram dímeros com proteínas que regulam a identidade do carpelo e do óvulo de Arabidopsis e com as proteínas similares de B. brizantha. A expressão ectópica de BbrizAGL6 e de AGL6 em tecidos esporofíticos e gametofíticos de óvulos de plantas transgênicas de Arabidopsis durante os estádios iniciais de desenvolvimento e após a fertilização gerou aborto de óvulos e de sementes, respectivamente. Os resultados sugerem que MADS-box em B. brizantha desempenham papel conservado na formação de complexos multiméricos envolvidos na formação do órgão reprodutor feminino. Entretanto, a expressão de alguns genes MADS-box de B. brizantha, diferencial em plantas apomítica e sexual, indica possível envolvimento desses genes nas vias que determinam o tipo de reprodução. BbrizAGL6 e AGL6 parecem desempenhar papel importante na formação do saco embrionário de plantas com reprodução apomítica e sexual. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

Brachiaria brizantha is a suitable system for studying plant reproduction due to the occurrence of apomictic and sexual accessions within the same species. The embryo formed in unreduced embryo sac of apomicts develops independently of fertilization. Characterization of MADS-box genes can provide tools for the elucidation of the reproductive pathways of this species. Three MADS-Box genes related with reproductive organs formation in apomictic and sexual plants were cloned: BbrizAGL6, BbrziSEP2 and BbrizAG. Two BbrizAG were found, one being more expressed in anthers of apomictic plants while the other was more expressed in anthers of sexual plants. BbrizSEP2 and BbrizAGL6 were preferentially expressed in ovaries and anthers of apomictic and sexual plants. BbrizAGL6 showed expression modulation especially in ovaries from apomictic and sexual plants. BbrizAGL6 transcripts were localized in the nucellus, where aposporic initials cells differentiate, and in the megaspore mother cell (MMC) of apomictic plants and, only, in the MMC of the sexual plants during early stages of ovule development. The B. brizantha MADS box genes formed dimers related to ovule and carpel identity and also interacted with Arabidopsis transcription factors. In Arabidopsis ovaries, AGL6 is present only in sporophytic tissues. Arabidopsis plants expressing BbrizAGL6 or AGL6 in sporophytic and gametophytic tissues during early embryo sac development and after fertilization had the normal ovule and seed development altered. Our results suggest that MADS-box genes in B. brizantha play a conserved role in the multimeric complex formation. MADS-box expression profile from B. brizantha was slightly different in apomictic and sexual plants suggesting a role of these genes in the determination of the type of reproduction. BbrizAGL6 and AGL6 seem to be involved in the embryo sac formation of apomictic and sexual plants.