Cultura de tecidos e transformação genética com o gene Ddm1 no estudo do silenciamento de elementos de transposição em cana-de-açúcar

• Main Author: Eduardo da Cruz Maduro Picelli
• Other Authors: Helaine Carrer
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2010
• Subjects: Biolística; Biologia molecular vegetal; Cana-de-açúcar; Controle genético; Cultura de tecidos vegetais; Expressão gênica; Peptídeos; Plantas transgênicas; Variação genética em plantas.; Biolistic; Gene expression; Genetic control; Genetic variation in plants.; Peptides; Plant molecular biology; Plant tissue culture; Sugarcane; Transgenic plants
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11144/tde-17092010-171437/

A cana-de-açúcar é uma das principais culturas agroindustriais do Brasil, sendo amplamente cultivada para a produção de açúcar e etanol. Esta cultura se torna a cada dia mais importante no cenário mundial, devido à busca constante por fontes de energia alternativas e mais sustentáveis. Para atender a crescente demanda, é necessária a liberação frequente de novas variedades, mais adaptadas às regiões de cultivo e tolerantes às alterações ambientais. Assim, o estabelecimento da metodologia de transformação genética além de contribuir para o estudo funcional de genes de interesse é uma metodologia alternativa para obtenção de novas variedades. O processo de obtenção de transgênicos é dependente de um eficiente protocolo de regeneração de plantas in vitro, que geralmente envolve uma fase de formação de células indiferenciadas (calos). A indução e a manutenção dos calos são favoráveis ao aumento da atividade de elementos de transposição (ETs) os quais são muito freqüentes no genoma de cana e podem acarretar variabilidade no genoma vegetal pela alteração dos padrões e funções gênicas devido a essa mobilização, afrontando a fidelidade genética dos cultivares transgênicos obtidos. Baseando-se na importância de reduzir o período de cultura de tecidos e controlar a atividade dos ETs durante o desenvolvimento in vitro, o objetivo desse trabalho foi buscar alternativas no controle e na redução do tempo para regeneração de plantas, inclusive com a aplicação de peptídeos hormonais, assim como de transformar geneticamente as variedades RB835089 e RB835486 com o gene Ddm1 de Arabidopsis, visando o silenciamento dos elementos de transposição em cana-de-açúcar. Para isso, foram analisados os meios de cultura MS3c e ML1G1 e o efeito da água de coco na indução e formação de calos como também na regeneração de plantas. Foram testados os meios de regeneração de plantas MSAc, SRM, ML1R3 e ML1R4, obtendo-se em média 5,2 plantas por explante no meio MSAc, que foi superior aos demais meios. Este meio foi utilizado para testar o efeito individual dos peptídeos hormonais CLV3 e PSK- em calos embriogênicos, os quais apresentaram acréscimo na regeneração de plantas para 9,3 plantas por explantes com doses de 30 µM de PSK-a. A transformação genética por biolística através da cotransformação dos genes neo e AtDdm1 resultou em 34 plantas transgênicas. O estudo da mobilização dos ETs durante o desenvolvimento in vitro foi realizado para quatro retrotransposons. A expressão heteróloga do gene AtDdm1 em cana-de-açúcar mostrou atuar no controle da expressão do retroelemento TE010. O estudo da mobilização dos retrotransposons e do gene Ddm1 endógeno de cana (SsDdm1) durante o desenvolvimento in vitro confirmou que o gene SsDdm1 foi chave no controle da expressão dos retroelementos. A transformação genética com o gene AtDdm1 aliada a rápida regeneração de plantas a partir de discos foliares possibilitam condições que minimizam a expressão dos ETs em cana-de-açúcar. === Sugarcane is one of the major agro-industrial crops of Brazil being widely cultivated for the production of sugar and ethanol. This culture has become increasingly more important on the world stage each day due to the constant search for alternative and sustainable energy sources. In order to meet growing demand, it is necessary to often release new varieties, better adapted to cultivated expansion area and tolerant to environmental changes. Thus, the establishing of genetic transformation methodology beyond of contributing to the functional study of genes of interest and it is an alternative method for obtaining new varieties. The process of obtaining transgenic plants is dependent of an efficient protocol for in vitro plant regeneration, which generally involves a phase of undifferentiated cells (callus). The induction and maintenance of callus are favorable to increase the activity of transposable elements (TEs) which are very frequent in the genome of sugarcane and may cause variability in the plant genome by altering patterns and gene functions due to this mobilization, confronting the genetic fidelity of the transgenic cultivars obtained. Based on the importance of reducing the period of tissue culture and control the activity of TEs during in vitro development, the objective of this work was to seek alternatives to control and reduce the time for plant regeneration, including the use of peptides hormone, as well as to genetically transform sugarcane varieties RB835089 and RB835486 with the Ddm1 Arabidopsis gene to silence the transposable elements in cane sugar. For this, we tested the culture media MS3c and ML1G1and the effect of coconut water in callus induction and growth as well as on plant regeneration. We tested the plant regeneration media MSAc, SRM, ML1R3 and ML1R4, obtaining an average of 5.2 plants per explants using MSAC, superior to other medium tested. It was used to test the individual effect of peptides hormones such as CLV3 and PSK- in embryogenic callus, which showed an increase in plant regeneration to 9.3 plants per explant with doses of 30µM PSK-a. Genetic co-transformation with the neo and AtDdm1 genes by biolistic resulted in 34 transgenic plants. A study of TEs during in vitro development was performed for four retrotransposons. Heterologous expression of the AtDdm1 gene in sugarcane showed to control the expression of the retroelement TE010. The study of mobilization of retrotransposons and the endogenous Ddm1 gene (SsDdm1) during in vitro development confirmed that SsDdm1 was key gene in controlling the expression of retrotransposons. Genetic transformation with the AtDdm1 gene and the fast regeneration of plants provide positive conditions to minimize the expression of ETs in sugarcane.