De novo shoot organogenesis and leaf development in Passiflora edulis Sims.: a morpho-physiological and molecular approach

Leaf development is a coordinate process that involves a plethora of events and signaling molecules. Passiflora edulis Sims is a tropical herbaceous plant and one of the most economically important species of the family Passifloraceae. P. edulis presents a dramatic change in leaf morphology during its development, which distinguishes the juvenile from the adult phase. Although some studies have characterized leaf morphology and some molecular aspects associated with developmental events, there is still a lot to be clarified in the scope of leaf morphogenesis in this species. Therefore, this study aimed to reveal morpho-physiological and molecular mechanisms modulating leaf development and shoot organogenesis in P. edulis. The first chapter evaluated the influence of regulators added to the culture media on morphogenesis and the expression of the miR156/SPL pathway in P. edulis leaves induced in vitro. As a result, we found that phytohormones modulate in vitro responses of cotyledonary, leaf, apical and nodal explants and that for greenhouse-grown plants, the late physiological condition in leaf explants is a limiting factor for inducing organogenic responses. Also, we produced evidence that the cytokinin:auxin balance up-regulated the expression of miR172, suggesting that this gene is regulated by multiple hormones. The second chapter investigated the effect of cytokinin on the expression of miRNAs and SPL9 and their impact on organogenesis of cotyledonary explants of P. edulis. The results achieved in this study point BA as an inhibitor of the expression of miR319 and miR164; thus, we propose a novel link between cytokinin and miR164 as a key regulatory output of cytokinin in the regulation of SAM function. Lastly, the third chapter evaluated physiological, structural and biochemical properties of P. edulis leaves with the aid of hyperspectral and biochemical analyses. As a result, we estimated changes over the course of leaf age and development. Leaf ontogeny affected biochemical, structural and physiological parameters, and some vegetation indexes were shown to be good predictors of pigment levels in leaves of P. edulis.

O desenvolvimento de folhas é um processo coordenado que envolve uma grande variedade de eventos e moléculas de sinalização. Passiflora edulis Sims é uma herbácea tropical e uma das espécies economicamente mais importantes da família Passifloraceae. P. edulis apresenta uma mudança dramática na morfologia das folhas durante o seu desenvolvimento, o que distingue a fase juvenil da fase adulta. Embora alguns estudos já tenham caracterizado a morfologia foliar e alguns aspectos moleculares associados a eventos de desenvolvimento, ainda há muito a ser esclarecido no âmbito da morfogênese foliar nessa espécie. Portanto, objetivo deste trabalho foi revelar os mecanismos morfo-fisiológicos e moleculares que modulam o desenvolvimento foliar e a organogênese das folhas em P. edulis. O primeiro capítulo avaliou a influência de reguladores adicionados ao meio de cultura sobre a morfogênese e a expressão da via miR156/SPL em folhas de P. edulis induzidas in vitro. Como resultado, observamos que os fitormônios modulam respostas in vitro em explantes cotiledonares, foliares, apicais e nodais e que, para plantas cultivadas em casa de vegetação, a condição fisiológica tardia em explantes foliares é um fator limitante para induzir respostas organogênicas. Além disso, produzimos evidências de que o balanço citocinina: auxina equilibra a expressão de miR172, sugerindo que esse gene é regulado por múltiplos hormônios. O segundo capítulo investigou o efeito da citocinina na expressão de miRNAs e SPL9, bem como seu impacto na organogênese de explantes cotiledonares de P. edulis. Os resultados alcançados neste estudo apontam BA como inibidor da expressão de miR319 e miR164. Assim, propomos uma nova ligação entre a citocinina e o miR164 na regulação da função do meristema apical caulinar. Por fim, o terceiro capítulo avaliou as propriedades fisiológicas, estruturais e bioquímicas das folhas de P. edulis com o auxílio de análises hiperespectrais e bioquímicas. Como resultado, verificou-se que a ontogenia foliar afetou parâmetros bioquímicos, estruturais e fisiológicos, e alguns índices de vegetação mostraram-se bons preditores dos níveis de pigmentos foliares em P. edulis.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais