Compreendendo a dormência de gemas de macieira (Malus × domestica Borkh.) por meio da integração de estímulos externos, sinalização hormonal e mecanismos moleculares

Abstract

Plantas perenes cultivadas em climas temperados adquiriram ao longo do processo evolutivo um mecanismo adaptativo chamado de dormência o qual permite a sua sobrevivência em condições adversas de crescimento. Em macieira (Malus × domestica Borkh), a indução e a liberação da dormência são finamente reguladas e abrangem diversos aspectos que vão desde a percepção da célula ao frio até as respostas moleculares que desencadeiam os eventos fisiológicos. Sabendo-se da complexa rede regulatória por trás desse controle, o presente estudo visou contribuir com o seu entendimento por meio da caracterização dos genes MdoCBFs e MdoICE1, envolvidos nas vias de aclimatação ao frio, bem como dos genes MdoBRRs, fatores de transcrição responsáveis por modular a resposta dependente de citocinina (CK), um importante hormônio vegetal promotor do crescimento. O estudo contou com a avaliação de um conjunto de dados contendo perfis transcricionais, quantificações hormonais e ensaios de transativação in vivo usando protoplastos de Arabidopsis. Os dados revelaram que, ao longo do ciclo da dormência, os genes MdoCBF2 e MdoCBF4 são expressos somente durante a fase inicial da endodormência enquanto que os genes MdoBRR1 e MdoBRR8 tem sua expressão acentuada em uma fase posterior, que engloba a transição da endo- para a ecodormência. Além disso, o aumento de transcritos dos genes MdoBRRs é concomitante com a regulação negativa de MdoDAM1, importante gene envolvido na manutenção da dormência. Nesta mesma fase, há um incremento nos níveis de CK, seguido de um aumento na quantidade de giberelina (GA) e redução drástica da expressão dos genes MdoCBFs. O antagonismo entre os perfis trancricionais de MdoBRRs e MdoDAM1 também foi revelado em gemas ecodormentes tratadas com CK, onde houve aumento nos níveis de transcritos de MdoBRR9 e MdoBRR10 e diminuição da expressão de MdoDAM1. De maneira similar, ensaios de transativação in vivo permitiram mostrar que ambos os estímulos de CK e as expressões transientes de MdoBRR1, MdoBRR8 ou MdoBRR10 levaram à modulação negativa de MdoDAM1. Por meio da mesma técnica, foi possível observar que os genes MdoCBF4 e MdoCBF5 são modulados de forma dependente de frio mas independente do ativador transcricional codificado por MdoICE1. Por fim, os dados foram integrados em um modelo hipotético que indica uma via de regulação bem orquestrada mediada tanto por MdoCBFs e GA quanto por MdoBRRs e CK que, respectivamente, levam à ativação e à repressão de MdoDAM1, um regulador-chave da dormência de gemas.

Throughout the evolutionary process, temperate perennial plants developed an adaptive mechanism called dormancy that allows their survival in adverse growth conditions. In apple trees (Malus × domestica Borkh), the induction and release of dormancy is finely regulated and covers several aspects, ranging from cold perception by cells to molecular responses that trigger physiological events. Knowing that dormancy control is dependent of complex network, the present study aimed to contribute to its understanding by the characterization of the MdoCBFs and MdoICE1 genes involved in cold acclimation pathways, as well as the MdoBRRs genes encoding transcription factors responsible for modulating cytokinin (CK)- dependent genes. The study inferences were based on transcriptional profiles, hormonal quantifications and in vivo transactivation assays using Arabidopsis protoplasts. The data revealed that, throughout the dormancy cycle, the MdoCBF2 and MdoCBF4 genes were expressed only during the initial phase of endodormancy while the MdoBRR1 and MdoBRR8 genes have their transcription enhanced in a later stage, along the transition from endo- to ecodormancy. Moreover, the increase in MdoBRR transcript levels was concomitant with the negative regulation of MdoDAM1, an important gene involved in dormancy maintenance. At this same stage, high levels of CK, followed by increased amounts of gibberellins (GA) and drastic decrease in MdoCBFs expression were also observed. The antagonism between the transcriptional profiles of MdoBRRs and MdoDAM1 was also revealed in ecodormant buds treated with CK, which presented higher transcript levels of MdoBRR9 and MdoBRR10 genes along with a decrease in MdoDAM1 expression. Similarly, in vivo transactivation assays showed that both CK stimulus and transient expression of MdoBRR1, MdoBRR8 or MdoBRR10 led to the negative modulation of MdoDAM1. With the same technique, it was possible to observe that MdoCBF4 and MdoCBF5 genes were modulated in a colddependent manner but independently of the transcriptional activator encoded by MdoICE1. Finally, the present data were integrated into a hypothetical model that indicates a wellorchestrated pathway mediated by MdoCBFs and GA as well as by MdoBRRs and CK, which respectively lead to activation and repression of MdoDAM1, a key regulator of bud dormancy.