Induction of somatic embryogenesis in soybean: physicochemical factors influencing the development of somatic embryos

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

A quantitative nature of somatic embryogenesis in soybean

The objectives of this research were to investigate the genetic parameters associated with the in vitro formation of somatic embryos in soybean and to determine the effect of light intensity on the embryogenic capability of F-1, F-2, and backcross (RC1P1 and RC1P2) progenies derived from crosses between embryogenic (IAS-5 and Embrapa-1) and nonembryogenic (Parana) cultivars. Immature cotyledons (4-6 mm in length) derived from the parental lines, F-1, F-2, RC1P1, and RC1P2 were grown for 90 d on the inductive N10 medium, after which the number of somatic embryos was recorded. Chi-square tests for goodness of fit showed that the genetic component of the somatic embryogenesis trait is controlled in a quantitative manner by approximately 10 genes. A normal distribution for somatic embryo formation in the F-2 generations was observed reinforcing the quantitative nature of the trait. Variation in light intensity (8-12 and 27-33 mu mol m(-2) s(-1)) had no effect on somatic embryo formation in the parental material tested.

Interactions in the Agrobacterium-soybean system and capability of some Brazilian soybean cultivars to produce somatic embryos

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Calli induction in leaf explants of coffee elite genotypes

Visando a alcançar alta eficiência na indução de calos a partir de explantes foliares de plantas matrizes de C. arabica com alta heterozigose, por meio da embriogênese somática indireta, foram instalados três experimentos. O primeiro experimento foi conduzido em esquema fatorial 2x5, constituído de dois meios de cultura (BOXTEL & BERTHOULY, 1996 e TEIXEIRA et al., 2004) e cinco genótipos de C. arabica. No segundo experimento, foi avaliado o potencial de produção de calos embriogênicos em 10 genótipos, sendo cada genótipo considerado como um tratamento e, no terceiro experimento, foram avaliadas as variações nas concentrações de 2.4-D (2,5 e 20µM) e 2-iP (2,5 e 20µM) nos meios primário e secundário de TEIXEIRA et al. (2004). As culturas foram mantidas a 25oC, sob obscuridade. Para os genótipos 2.2 e 7.2, verificou-se a superioridade do meio de cultura Teixeira et al. (2004) em relação ao meio BOXTEL & BERTHOULY (1996). No genótipo 4.2, observou-se o comportamento inverso, ou seja, a superioridade do meio BOXTEL & BERTHOULY (1996). Os genótipos 3.0 e 5.0 apresentaram o mesmo comportamento em ambos os meios de cultura estudados, evidenciando que a produção de embriões somáticos é fortemente dependente do genótipo. A indução de calos depende da relação de 2-iP e 2.4-D. A combinação de 20.0µM of 2.4-D e 20.0µM of 2-iP promoveu a maior porcentagem de indução de calos embriogênicos.

Indução de embriogênese somática em cupuaçu (Theobroma grandiflorum Schum.)

Folhas jovens de cupuaçu (Theobroma grandiflorum Schum.) foram empregadas para indução de embriogênese somática, as quais foram cultivadas inicialmente em meio MS suplementado com 6,0 mg/L BAP e 0,5 mg/L AIA (meio de estabelecimento), seguindo-se o cultivo em meio MS suplementado com 2,20 mg/L TDZ (meio de indução). A região da nervura mostrou intumescimento três dias após inoculação no meio de estabelecimento, o qual foi seguido pela formação de cachos de calos. As massas calosas foram transferidas para o meio de indução, e as estruturas com características pró-embriogênicas puderam ser observadas após uma semana. Estudos de microscopia eletrônica de varredura revelaram estruturas com características de embriões somáticos no meio com TDZ.

Indução de calos embriogênicos em explantes de cupuaçuzeiro

Objetivou-se a indução de calos embriogênicos em cupuaçuzeiro, em função do tipo de explante e meio de cultura. Foram testados como explantes, segmentos cotiledonares e eixos embrionários divididos em três partes: região da plúmula, radícula e hipocótilo. Os explantes foram cultivados em 2 diferentes meios de cultura: 1) MS suplementado com 2,4-D (1 mg L-1) e Cinetina (0,25 mg L-1); 2) MS acrescido de ANA (5 mg L-1) e Cinetina (0,25 mg L-1). Constatou-se que a região do hipocótilo foi a parte mais responsiva do eixo embrionário, formando calos com aspecto branco e friável. As auxinas testadas nos meios não estimularam o processo embriogênico em calos de cupuaçuzeiro.

Capacidade embriogênica da cultivar IAS-5 de soja

O objetivo deste trabalho foi estudar o controle genético da formação de embriões somáticos da cultivar IAS-5 de soja. O experimento foi conduzido em casa de vegetação, cultivando-se quatro plantas por vaso, sob fotoperíodo de 14 horas e temperatura em torno de 28°C. Efetuaram-se cruzamentos entre os parentais não-embriogênicos (cultivares IAC-6, Paraná e IAC-15) e embriogênico (cultivar IAS-5) e retrocruzamentos para obtenção das gerações F1, F2,RC1P1 e RC1P2. Cotilédones imaturos, com 4-6 mm de comprimento, derivados dos parentais das gerações F1, F2, RC1P1 e RC1P2 foram cultivados em placas de Petri contendo meio N10, por um período de 90 dias, em câmara de crescimento. Os embriões somáticos derivados da indução foram contados, e os números, usados para obtenção dos parâmetros genéticos. Os resultados obtidos mostraram que o caráter capacidade de produção de embriões somáticos da cultivar IAS-5 é de natureza quantitativa e controlado por, aproximadamente, 20 genes.

Growth Regulation and Other Secondary Effects of Herbicides

As all herbicides act on pathways or processes crucial to plants, in an inhibitory or stimulatory way, low doses of any herbicide might be used to beneficially modulate plant growth, development, or composition. Glyphosate, the most used herbicide in the world, is widely applied at low rates to ripen sugarcane. Low rates of glyphosate also can stimulate plant growth (this effect is called hormesis). When applied at recommended rates for weed control, glyphosate can inhibit rust diseases in glyphosate-resistant wheat and soybean. Fluridone blocks carotenoid biosynthesis by inhibition of phytoene desaturase and is effective in reducing the production of abscisic acid in drought-stressed plants. Among the acetolactate synthase inhibitors, sulfometuron-methyl is widely used to ripen sugarcane and imidazolinones can be used to suppress turf species growth. The application of protoporphyrinogen oxidase inhibitors can trigger plant defenses against pathogens. Glufosinate, a glutamine syntherase inhibitor, is also known to improve the control of plant diseases. Auxin agonists (i.e., dicamba and 2,4-D) are effective, low-cost plant growth regulators. Currently, auxin agonists are still used in tissue cultures to induce somatic embryogenesis and to control fruit ripening, to reduce drop of fruits, to enlarge fruit size, or to extend the harvest period in citrus orchards. At low doses, triazine herbicides stimulate growth through beneficial effects on nitrogen metabolism and through auxin-like effects. Thus, sublethal doses of several herbicides have applications other than weed control.

Poliaminas na embriogênese somática em cenoura (Daucus carota L.)

As poliaminas, putrescina (put), espermidina (spd) e espermina (spm) são amplamente distribuídas na natureza, desempenhando importante papel em vários eventos celulares. Considerando que as poliaminas estão envolvidas no processo embriogênico, torna-se importante conhecer as bases para estas alterações no metabolismo. O objetivo do presente trabalho foi observar os teores de poliaminas durante as diferentes fases da embriogênese somátka da cenoura. As análises foram realizadas, através da modificação do método de Flores e Galston a cada 96 horas durante 50 dias da cultura de células em suspensão. As células foram obtidas a partir de calos e inoculadas em meio de Murashige & Skoog (MS), modificado e acrescido de 0,2 mg/l de 2,4-D e 0,1 mg/l de cinetina durante os primeiros 14 dias da cultura, sendo que no restante do período permaneceram em meio MS desprovido de fiorreguladores. Os teores de poliaminas oscilaram durante todo o processo embriogênico, sendo que a putrescina foi a que apresentou maior acúmulo. Estes resultados sugerem que os níveis de espermidina e espermina são reduzidos em relação a putrescina devido a intensa utilização da spd e spm no processo de divisão e diferenciação celular, enquanto que a put parece ter apenas a função de sintetizar as outras duas amidas.

Anatomical and biochemical characterization of the calcium effect on eucalyptus urophylla callus morphogenesis in vitro

Calcium chloride concentrations from 0.0 to 12.12 mM were added to the culture medium and calcium content in calluses were determined directly by X-ray fluorescence spectrometry, a non-destructive method, allowing the processing of the same tissue for histological analysis. A multivariate statistical analysis (PCA - Principal Components Analysis) grouped the treatments into 5 blocks and indicated the most responsive group. Lack of calcium supply caused a complete absence of a morphogenic process and tissue collapse. An increase in calcium concentration gave higher total protein and sugar contents, an increase in peroxidase specific activity and changes in the histological characteristics. It was possible to verify that calcium stimulated globular somatic embryo formation at concentration of 6.62 mM.

Embriogênese somática e transformação genética de soja via biobalística

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

The kinetics of donor cell mtDNA in embryonic and somatic donor cell-derived bovine embryos

The mechanisms controlling the outcome of donor cell-derived mitochondrial DNA (mtDNA) in cloned animals remain largely unknown. This research was designed to investigate the kinetics of somatic and embryonic mtDNA in reconstructed bovine embryos during preimplantation development, as well as in cloned animals. The experiment involved two different procedures of embryo reconstruction and their evaluation at five distinct phases of embryo development to measure the proportion of donor cell mtDNA (Bos indicus), as well as the segregation of this mtDNA during cleavage. The ratio of donor cell (B. indicus) to host oocyte (B. taurus) mtDNA (heteroplasmy) from blastomere- (NT-B) and fibroblast- (NT-F) reconstructed embryos was estimated using an allele-specific PCR with fluorochrome-stained specific primers in each sampled blastomere, in whole blastocysts, and in the tissues of a fibroblast-derived newborn clone. NT-B zygotes and blastocysts show similar levels of heteroplasmy (11.0% and 14.0%, respectively), despite a significant decrease at the 9-16 cell stage (5.8%; p < 0.05). Heteroplasmy levels in NT-F reconstructed zygotes, however, increased from an initial low level (4.7%), to 12.9% (p < 0.05) at the 9-16 cell stage. The NT-F blastocysts contained low levels of heteroplasmy (2.2%) and no somatic-derived mtDNA was detected in the gametes or the tissues of the newborn calf cloned. These results suggest that, in contrast to the mtDNA of blastomeres, that of somatic cells either undergoes replication or escapes degradation during cleavage, although it is degraded later after the blastocyst stage or lost during somatic development, as revealed by the lack of donor cell mtDNA at birth.

Aberrant expression of E-cadherin and beta-catenin proteins in placenta of bovine embryos derived from somatic cell nuclear transfer

Abnormal placental development is common in the bovine somatic cell nuclear transfer (SCNT)-derived fetus. In the present study, we characterised the expression of E-cadherin and beta-catenin, structural proteins of adherens junctions, in SCNT gestations as a model for impaired placentation. Cotyledonary tissues were separated from pregnant uteri of SCNT (n - 6) and control pregnancies (n - 8) obtained by artificial insemination. Samples were analysed by western blot, quantitative RT-PCR (qRT-PCR) and immunohistochemistry. Bovine trophectoderm cell lines derived from SCNT and control embryos were analysed to compare with the in utero condition. Although no differences in E-cadherin or beta-catenin mRNA abundance were observed in fetal tissues between the two groups, proteins encoded by these genes were markedly under-expressed in SCNT trophoblast cells. Immunohistochemistry revealed a different pattern of E-cadherin and total beta-catenin localisation in SCNT placentas compared with controls. No difference was observed in subcellular localisation of dephosphorylated active-beta-catenin protein in SCNT tissues compared with controls. However, qRT-PCR confirmed that the wingless (WNT)/beta-catenin signalling pathway target genes CCND1, CLDN1 and MSX1 were downregulated in SCNT placentas. No differences were detected between two groups of bovine trophectoderm cell lines. Our results suggest that impaired expression of E-cadherin and beta-catenin proteins, along with defective beta-catenin signalling during embryo attachment, specifically during placentation, is a molecular mechanism explaining insufficient placentation in the bovine SCNT-derived fetus.

Chemically Assisted Enucleation Results in Higher G6PD Expression in Early Bovine Female Embryos Obtained by Somatic Cell Nuclear Transfer

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Structural analysis of the Pimelodus maculatus (Lacépède, 1803) embryogenesis (Siluriformes: Pimelodidae)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)