Transformação genética em cevada por bombardeamento de partículas

Abstract

A presente Tese de Doutorado objetivou: (1) definir um método eficiente de transformação genética, por bombardeamento de partículas, para a obtenção de plantas transgênicas de cultivares brasileiras de cevada e (2) identificar gene(s) codificante(s) de quitinase(s) potencialmente capaz(es) de conferir resistência ao fungo patogênico de cevada Bipolaris sorokiniana. Culturas de calos obtidos a partir de escutelos imaturos das cultivares Brasileiras de cevada MN-599 e MN-698 (Cia. de Bebidas das Américas, AMBEV) foram bombardeadas com partículas de tungstênio e avaliadas quanto à expressão do gene repórter gusA através de ensaios histoquímicos de GUS e quanto ao efeito dos bombardeamentos na indução estruturas embriogênicas e regeneração de plantas. As condições de biobalística analisadas incluíram a região promotora regulando a expressão de gusA, tipo e pressão de gás hélio de dois aparelhos de bombardeamento, distância de migração das partículas, número de tiros e a realização de pré e pós-tratamento osmótico dos tecidos-alvo. No presente trabalho foram obtidos um número bastante alto de pontos azuis por calo, a indução de calos embriogênicos e embriões somáticos em uma freqüência de até 58,3% e a regeneração de 60 plantas, sendo 43 de calos bombardeados. As melhores condições observadas foram o promotor e primeiro íntron do gene Adh de milho (plasmídeo pNGI), o aparelho de bombardeamento “ Particle Inflow Gun” (PIG) utilizando-se a distância de migração de partículas de 14,8 cm, dois tiros disparados por placa e a realização de tratamento osmótico dos explantes com 0,2 M de manitol e 0,2 M de sorbitol 4-5 horas antes e 17-19 horas depois dos bombardeamentos. Das 43 plantas obtidas de calos bombardeadas, 3 apresentaram atividade de GUS na base das suas folhas. A utilização de primers sintéticos definidos a partir de genes de quitinases descritos na literatura em PCRs resultou na amplificação de dois fragmentos de aproximadamente 700 e 500 pb a partir de DNA total das cvs. MN-599 e MN-698 de cevada e um fragmento, com aproximadamente 500 pb, a partir do DNA total do isolado A4c de Trichoderma sp. Estes fragmentos foram purificados dos géis de agarose e diretamente seqüenciados de forma manual e automática. Os fragmentos de 700 e 500 pb amplificados do genoma da cultivar MN-599 foram identificados como genes de quitinases de cevada e o fragmento de 500 pb do isolado A4c de Trichoderma sp. não apresentou homologia com seqüências conhecidas de quitinases depositadas no EMBL/GenBank. A utilização de novos pares de primers, representando seqüências conservadas de quitinases do fungo Metarhizium anisopliae, resultou na amplificação de 3 fragmentos a partir do DNA total do isolado A4b de Trichoderma sp., que estão sendo purificados para realização de seqüenciamento.

The present Tesis aimed: (1) to determine an efficient method of genetic transformation by particle bombardment to obtain transgenic plants of Brazilian barley cultivars and (2) to identify a gene coding for chitinase that could confer resistance to barley against the pathogen Bipolaris sorokiniana. Calli cultures derived from immature scutella of Brazilian barley cultivars MN-599 e MN-698 (American Beverage Company, AMBEV) were bombarded with tungsten particles and analyzed for gusA reporter gene expression by GUS histochemical assay, embryogenic structures induction and plant regeneration. Physical and biological biolistic conditions analyzed included two promoter regions regulating the gusA gene, two particle bombardment devices, different helium pressures, distances between target tissues and the initial position of particles, number of shots and use of osmotic pre- and post-treatment of tissues. In the present work there were observed high numbers of blue spots per callus, embryogenic calli and somatic embryos induction with a frequency until 58.3% and the regeneration of 60 plants, being 43 from bombarded calli. The best conditions were obtained with the employment of the Adh promoter and its first intron (pNGI plasmid), Particle Inflow Gun (PIG) device, 14.8 cm of distance, 2 shots per plate and osmotic treatment of tissues with 0.2 M mannitol and 0.2 M sorbitol during 4-5 hours prior to and 17-19 hours after bombardments. Leaves from 3 out of 43 regenerated plants showed positive GUS activity in histochemical assays. The use of primers defined from chitinase genes described in literature resulted in the amplification of two fragments with approximately 700 and 500 bp from genomic DNA of MN-599 e MN-698 barley cultivars and one fragment, with approximately 500 bp, from Trichoderma sp. strain A4c genomic DNA. These fragments were purified from agarose gel and manual and automatically sequenced. Fragments of 700 and 500 bp from cv. MN-599 were identified as chitinase genes of barley and fragment of 500 bp Trichoderma sp. A4c presented no homology with chitinase sequences deposited in the EMBL/GenBank. The use of new primers representing conserved chitinase sequences of Metarhizium anisopliae resulted in the amplification of three fragments from genomic DNA of Trichoderma sp. strain A4b. These fragments should be purified and sequenced