Estrutura do gene VvAGL11 e análise da expressão durante a morfogênese da semente de videira

Abstract

A videira é uma frutífera de origem antiga e atualmente é a mais cultivada do mundo, sendo de extrema importância econômica para diversos países. Certos genótipos de Vitis vinifera L., como a ‘Sultanina’, produzem bagas com apenas traços de sementes. Esta característica, denominada de apirenia, é classificada como estenoespermocarpia uma vez que a fecundação ocorre para a formação do fruto, porém é seguida de aborto do embrião devido à degeneração do endosperma. A apirenia é uma das características mais apreciadas para a uva de mesa e a compreensão dos mecanismos genéticos e moleculares controladores dessa característica é justificada pelo crescimento e pela exigência do mercado de uvas in natura. Estudos anteriores de nosso grupo permitiram identificar o gene VvAGL11 como principal candidato atuante no controle do desenvolvimento de sementes em videira. Foi nosso objetivo, pelo presente trabalho, avaliar o gene VvAGL11 nas cultivares pirênica Chardonnay e apirênica Sultanina, visando uma maior compreensão de seu papel durante a morfogênese da semente. Por meio de sequenciamento alelo-específico, foi possível caracterizar as variações alélicas do gene, o qual apresenta duas isoformas transcritas na cultivar pirênica Chardonnay. Em ‘Sultanina’, uma das isoformas identificadas possui mutações únicas. Pela avaliação do perfil transcricional de VvAGL11 em diferentes estádios de desenvolvimento, da flor e do fruto, foi observado um grande acúmulo de transcritos em sementes de 2, 4 e 6 semanas em comparação com tecidos de flor e polpa. Na cultivar Sultanina, a expressão de VvAGL11 foi extremamente baixa em todos os estádios e tecidos analisados. Análises morfo-anatômicas foram empregadas para comparar a semente e o traço de semente. Foram identificadas alterações anatômicas que sugerem a perda da identidade da camada de integumento médio do traço de semente de Sultanina, uma vez que esta camada não apresentou o padrão de diferenciação normal. O padrão de expressão espaço-temporal de VvAGL11 foi determinado pela técnica de hibridização in situ. Foram utilizadas amostras das cultivares Chardonnay e Sultanina nos mesmos estádios de desenvolvimento analisados por RT-qPCR. Os níveis de transcritos de VvAGL11 aumentaram significativamente em frutos de ‘Chardonnay’ com 2 e 4 semanas de desenvolvimento, especificamente na camada dupla do integumento médio da semente. Em ‘Sultanina’, não houve detecção de transcritos do gene em quaisquer estádios de desenvolvimento.

Grapevine have ancient origins and is currently the most widely cultivated fruit in the world, with high economic importance to many countries. Certain genotypes of Vitis vinifera L. like 'Sultanina' produce berries with only seed traces. This characteristic, termed apireny, is classified as stenospermocarpy since fertilization occurs aiming the formation of fruits but it is followed by the abortion of the embryo due to endosperm degeneration. Seedlessness is one of the most appreciated features for table grapes. Thereby the understanding of genetic and molecular mechanisms that control this feature is justified by the growth and the demand of in natura grapes’ market. Our previous studies allowed us to identify a candidate gene, VvAGL11, possibly involved in the control of seed development in grapevine. Our objective with the present study was to evaluate VvAGL11 in a pirenic cultivar, Chardonnay, and in an apirenic cultivar, Sultanina, in order to better understand its role during seed morphogenesis. By allele-specific sequencing, it was possible to characterize the allelic variations of VvAGL11, which exhibited two transcript isoforms in ‘Chardonnay’. In ‘Sultanina’ one of the isoforms was identified with unique mutations. Evaluation of transcriptional profiles of VvAGL11 during different developmental stages, from flowers to mature fruits, it showed a large accumulation of transcripts in seeds of 2, 4 and 6 weeks old compared to flower and pulp tissues in the Chardonnay cultivar. In ‘Sultanina’ the expression of VvAGL11 was extremely low in all stages and tissues examined. Anato-morphological analyzes were performed in order to compare the seed and the seed trace. It was identified a loss of identity of the medium integument layer in the Sultanina seed trace since this layer neither elongated nor doubled in size as it should. The spatial-temporal expression pattern of VvAGL11 was determined by an in situ hybridization technique. Samples of ‘Chardonnay’ and ‘Sultanina’ in the same stages of development analyzed by RT-qPCR were employed. VvAGL11 transcript levels were significantly increased in ‘Chardonnay’ seeds with 2 and 4 weeks of development, specifically in the dual layer medium integument of the seed. In 'Sultanina', gene transcripts were undetectable during all stages of development.