Perfil transcricional comparativo de genes associados ao desenvolvimento do fruto das cultivares de uva Isabel e Isabel precoce (Vitis labrusca L.)

Abstract

A cultivar de videira Isabel Precoce é resultante de uma mutação somática espontânea de Isabel (Vitis labrusca L.) e se caracteriza pela antecipação em cerca de trinta e três dias na colheita. A cultivar Isabel Precoce possui maior uniformidade na maturação de seus frutos e, devido ao seu menor tempo de permanência no campo, está sujeita a menores riscos de ataque por patógenos ou intempéries que venham a assolar a produção. A utilização do modelo de estudo Isabel vs. Isabel Precoce na caracterização de genes associados ao processo de maturação poderá contribuir para a melhor compreensão do processo de amadurecimento do fruto, podendo gerar tecnologias para a obtenção de novas cultivares e/ou plantas transgênicas com características agronômicas melhores. O presente trabalho objetiva avaliar a expressão de genes relacionados com a maturação do fruto da videira, relacionando seus níveis de expressão com a característica de maturação precoce da cultivar mutante, utilizando a técnica da reação em cadeia da DNA-polimerase quantitativa em tempo real (qRT-PCR). A partir de extensa revisão bibliográfica, foram projetados vinte e três pares de oligonucleotídeos iniciadores (primers) que permitem amplificar genes envolvidos no desenvolvimento do fruto. Esses genes potencialmente codificam fatores de transcrição, proteínas estruturais e proteínas do metabolismo secundário. Os genes que mostraram expressão diferencial, pelo menos em um dos tempos amostrados entre as cultivares, foram VvMYBPA1, VvFT, VvCTG1027667 (expansina) e VvBURP. Os dois primeiros codificam fatores de transcrição, enquanto os dois últimos são genes estruturais que participam da expansão celular e, possivelmente, do estabelecimento da morfologia do fruto, respectivamente. Esses genes são induzidos significativamente na cultivar mutante durante o desenvolvimento do fruto em pelo menos um dos estádios avaliados. Os genes VvMYBPA1, VvFT e VvBURP1 mostraram maior expressão durante a chamada “fase verde” de desenvolvimento do fruto, a qual é caracterizada pelo acúmulo de substâncias para as fases seguintes do desenvolvimento. Por outro lado, a expressão do gene VvCTG1027667 em Isabel Precoce é preferencialmente induzida durante a fase de maturação do fruto. Os demais genes não tiveram padrão de expressão conservado entre as safras analisadas, indicando que a modulação da sua expressão é fortemente afetada pelas condições ambientais e, portanto, parecem não participar da determinação do fenótipo de maturidade precoce da cultivar mutante. Este trabalho é o primeiro a descrever uma variante somática de videira com desenvolvimento precoce de frutos. Os resultados obtidos podem orientar estudos funcionais, oferecendo oportunidades para a investigação de diversos aspectos do desenvolvimento do fruto da videira.

Grapevine cultivar Isabel Precoce is the result of a spontaneous somatic mutation of cultivar Isabel (Vitis labrusca L.) and is characterized by the thirty-three day antecipation in harvest. Isabel Precoce exhibits a more uniform berry ripening pattern and due to shorter life cycle the risks of pathogen attack and unfavorable weather conditions are reduced. The use Isabel vs. Isabel Precoce as a model system to characterize genes associated to the maturation process may contribute to a better understanding of fruit ripening process, as well as, to generate technologies to obtain new cultivars and/or transgenic plants with improved agronomic traits. This study aims to investigate the expression profile of genes associated to grapevine berry ripening, by comparing the precocious berry ripening mutant and its wild-type counterpart using quantitative real-time DNA polymerase chain reaction (qRT-PCR). After literature review, twenty-three pairs of primers were selected to amplify genes involved in fruit development. These genes putatively encode transcription factors, structural proteins and proteins of secondary metabolism. The genes that showed differential expression in at least one of the sampling dates between cultivars were VvMYBPA1, VvFT, VvCTG1027667 (expansin) and VvBURP. The first two encode transcription factors, while the latter two are structural genes involved in cell expansion and possibly, in establishing fruit morphology, respectively. These genes are significantly induced in the mutant, at least in one of the stages evaluated. Genes VvMYBPA1, VvFT and VvBURP1 showed higher expression during “green fruit” phase, which is characterized by the accumulation of substances for the following phases of development. Moreover, VvCTG1027667 expression is induced during fruit ripening. The expression pattern of the other genes were not maintained throughout seasons, indicating that it strongly affected by environmental conditions and, thus, do not appear to participate in determining the phenotype. This report is the first description of a grapevine somatic variant showing precocious berry development. The data obtained here will provide initial clues to guide further functional studies on fruit development and it will provide opportunities to investigate various aspects of fruit development in grapevine.