Bases moleuculares da recalcitrância ao enraizamento adventício em Eucalyptus globulus Labill

Abstract

O eucalipto é uma das espécies arbóreas mais plantadas no mundo atualmente, principalmente devido ao seu uso como matéria prima para as indústrias de celulose, papel e madeireira. Eucalyptus globulus e seus híbridos possuem baixos teores de lignina e despertam grande interesse da indústria, já que essa característica facilita e diminui o custo do processo de extração da celulose. Entretanto, essa espécie é recalcitrante ao enraizamento adventício, o que dificulta a propagação vegetativa de suas mudas. Com o objetivo de melhor entender os mecanismos moleculares envolvidos na recalcitrância ao enraizamento em E. globulus, o presente estudo envolveu análises de parâmetros morfológicos, anatômicos e moleculares durante a rizogênese adventícia nesta espécie. A exposição à auxina exógena reverteu o fenótipo recalcitrante em E. globulus, aumentando significativamente a porcentagem de enraizamento. O câmbio vascular foi identificado como uma região de acúmulo de auxina e local de origem das raízes adventícias. Através de análises da expressão gênica em células do câmbio, observou-se que TOPLESS e IAA12, repressores da sinalização de auxina, e ARR1, envolvido na rota de sinalização de citocininas, parecem atuar como reguladores negativos do enraizamento adventício. A alta expressão destes genes em plantas controle foi significativamente diminuída com aplicação de auxina exógena. Comparativamente, em espécie de fácil enraizamento, E. grandis, a expressão destes genes se manteve em níveis mais baixos em ambas as condições de tratamento, e a concentração de ácido indol-3-acético endógeno em plantas controle mostrou-se mais elevada. Análises do padrão proteico durante o enraizamento em plantas de E. globulus tratadas ou não com auxina exógena identificaram proteínas envolvidas em diversos processos biológicos, principalmente estresse oxidativo e metabolismo energético. Diferenças interessantes foram identificadas ao comparar as diferentes condições e fases do enraizamento. Várias proteínas foram claramente relacionadas com o respectivo fenótipo apresentado pela planta em cada situação, principalmente considerando plantas controle. Os resultados aqui apresentados representam avanços relevantes no conhecimento sobre a rizogênese adventícia em plantas lenhosas, podendo ser utilizados como ferramentas no desenho de estratégias visando melhorar o enraizamento em genótipos recalcitrantes de valor para a indústria.

Eucalyptus is one of the most planted tree species in the world today, mainly due to its use as raw material for paper, cellulose and wood industries. Eucalyptus globulus and its hybrids have low lignin contents and are of great interest to industry, as this feature facilitates and reduces costs of the cellulose extraction process. However, this species is recalcitrant to adventitious rooting, making vegetative propagation by cuttings difficult. Aiming at a better understanding of the molecular mechanisms involved in rooting recalcitrance in E. globulus, this study analyzed changes in morphological, anatomical and molecular patterns during adventitious rooting in this species. Exogenous auxin exposure reversed the recalcitrant phenotype in E. globulus, significantly increasing rooting percentage. The vascular cambium was identified as a region of auxin accumulation and also the site from where adventitious roots originated. Gene expression analysis in cambium cells indicated that TOPLESS and IAA12, auxin signaling repressors, and ARR1, involved in cytokinin signaling pathway, appear to act as negative regulators of adventitious rooting. The high expression of those genes in control plants was significantly decreased by exogenous auxin treatment. Comparatively, in an easy-to-root species, E. grandis, the expression of these genes was significantlylower in both treatment conditions, and the concentration of endogenous indole- 3-acetic acid in control plants was higher. Analysis of the protein pattern during rooting in E. globulus plants treated or not with exogenous auxin allowed the identification of proteins involved in diverse biological processes, mainly oxidative stress and energy metabolism. Interesting differences were identified when comparing different rooting conditions or phases. Several proteins were clearly associated with the respective plant phenotype in each situation, particularly considering control plants. These results represent relevant advances in the knowledge about adventitious rooting in woody plants and can be used as tools in the design of strategies aiming at improving adventitious rooting in recalcitrant genotypes of industrial value.