Molecular regulation of flowering induction in Quercus suber

Dissertação de mestrado em Plant Molecular Biology, Biotechnology and Bioentrepeneurship

In order to produce seeds, angiosperm plants need to first develop reproductive organs in a process known as flowering. Several prerequisites must be fulfilled to ensure that the development of flowers and the formation of seeds occur at an appropriate timing. A major stimuli involved in the flowering of plants include a previous exposure to cold in a process known as vernalization. In the model plant Arabidopsis thaliana, vernalization triggers the epigenetic repression of FLOWERING LOCUS C (FLC), a gene involved in the down-regulation of SUPPRESSOR OF OVERCONSTANS 1 (SOC1) and FLOWERING LOCUS T (FT). SOC1 and FT expression, in turn, induce flowering by up-regulating floral meristem identity genes. However, how this molecular mechanism is regulated in trees is still poorly understood. The recent sequencing of transcriptome of Quercus suber (cork oak), a monoecious species with great economic and ecological importance in the Mediterranean region, provided an important tool to study gene expression in this tree. It was intended with this work to unravel mechanisms of molecular regulation involved in the induction of flowering in Q. suber. Ten trees from Braga (Portugal) were monitored to analyze the influence of temperature and day-length in 2014 -- 2015 season. Additionally, samples of leaves and buds were periodically collected from selected trees to further study the temporal expression pattern of Q. suber genes predicted to be related to flowering time. Also, some of the samples were included in wax to later analyze the formation of the flower organs. Besides, bioinformatics analysis allowed the identification of Q. suber proteins homologs to proteins related to flowering time in other species. The putative function of these proteins was discussed regarding their homology with characterized proteins from different species, as well as their expression in male or female flowers of Q. suber. Moreover, A. thaliana transgenic lines overexpressing Q. suber transcripts potentially involved in flowering time were obtained and their phenotype analyzed.

As plantas angiospérmicas, de modo a produzirem sementes, necessitam de desenvolver órgãos reprodutores num processo conhecido como floração. De maneira a que as plantas floresçam nas condições temporais mais apropriadas para o desenvolvimento de flores e para a formação de sementes, vários pré-requisitos são necessários. Um dos principais estímulos envolvidos na floração é a prévia exposição a baixas temperaturas, um processo conhecido como vernalização. Em Arabidopsis thaliana, uma planta modelo, a vernalização ativa mecanismos epigenéticos de repressão do gene FLOWERING LOCUS C (FLC), que está envolvido na repressão dos genes SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS 1 (SOC1) e FLOWERING LOCUS T (FT). Os genes SOC1 e FT, por sua vez, estimulam a floração através da indução de genes de identidade floral. No entanto, o modo de regulação deste mecanismo molecular em árvores ainda é pouco conhecido. A sequenciação recente do transcriptoma de Quercus suber (sobreiro), que é uma árvore monoica com elevada importância económica e ecológica da zona Mediterrânica, proporcionou a possibilidade de se estudarem os mecanismos moleculares que regulam a expressão de genes nesta árvore. Era desejado com este trabalho que fossem identificados mecanismos de regulação molecular envolvidos na indução da floração em Q. suber. Durante 2014 e 2015, foram monitorizadas dez árvores em Braga (Portugal) para analisar a influência da temperatura e das horas de luz. Foram recolhidas periodicamente amostras de folhas e gomos vegetativos e florais de algumas árvores de modo a estudar o padrão temporal de expressão de genes de Q. suber potencialmente envolvidos na regulação do tempo de floração. Algumas amostras foram incluídas em cera para futura análise histológica da formação de órgãos florais. Paralelamente, análises bioinformáticas permitiram a identificação de proteínas de Q. suber homólogas a proteínas relacionadas com a floração noutras espécies. A função prevista das proteínas de Q. suber identificadas foi discutida tendo em consideração o seu grau de homologia com proteínas de outras espécies, e com a presença das proteínas identificadas em flores masculinas e femininas de Q. suber. Além disso, foram construídas linhas transgénicas de A. thaliana a sobreexpressar transcritos de Q. suber presumivelmente envolvidos na indução da floração e os respetivos fenótipos analisados.

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