A análise do transcriptoma revelou vias de enriquecimento e regulação da expressão gênica associadas à embriogênese somática em Camellia sinensis

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 15946 (2023) Citar este artigo

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O sistema embrionário somático estável e de alta frequência do chá ainda não foi estabelecido devido às limitações de suas próprias características e, portanto, restringe severamente a pesquisa genética e o processo de melhoramento das plantas de chá. Neste estudo, o transcriptoma foi utilizado para ilustrar os mecanismos de regulação da expressão gênica na embriogênese somática das plantas de chá. O número de DEGs para os estágios (estágio intermediário IS)_PS (estágio preliminar), ES (estágio embrionário)_IS e ES_PS foi 109, 2.848 e 1.697, respectivamente. A análise de enriquecimento mostrou que os processos metabólicos de carboidratos foram consideravelmente enriquecidos no estágio ES_IS e desempenharam um papel fundamental na embriogênese somática, enquanto a captura aprimorada de luz no fotossistema I poderia fornecer a base material para os carboidratos. A análise da via mostrou que as vias enriquecidas no processo IS_PS eram muito menores do que aquelas em ES_IS ou ES_PS, e a fotossíntese e a via da proteína da antena fotossintética dos DEGs no estágio ES_IS ou ES_PS foram notavelmente enriquecidas e reguladas positivamente. As principais vias da fotossíntese e das proteínas da antena da fotossíntese e o gene Lhcb1 foram descobertos na embriogênese somática das plantas de chá. Estes resultados foram de grande importância para esclarecer o mecanismo de embriogênese somática e a pesquisa de melhoramento de plantas de chá.

A embriogênese somática é um modo de estimular a totipotência das células vegetais e é considerada a via morfogenética mais eficiente para a reprodução das plantas. A embriogênese das gimnospermas, um avanço significativo na cultura de tecidos vegetais durante o final do século XX3,4, oferece inúmeras vantagens sobre a diferenciação de órgãos como método de regeneração vegetal. Essas vantagens incluem elevado número de embriões, rápido desenvolvimento, integridade estrutural e alta taxa de regeneração5,6,7. Como resultado, a embriogênese das gimnospermas encontrou amplas aplicações em vários campos, servindo como um sistema confiável e eficiente de regeneração de plantas e um sistema receptor ideal para transformação genética8,9.

Os aspectos da biologia molecular e da bioinformática da embriogênese somática das plantas têm sido extensivamente explorados a fim de elucidar os mecanismos envolvidos. A formação de embriões somáticos em pimentão (Capsicum annuum) foi estimulada com o regulador de desenvolvimento PLETHORA (PLT5) por cultura de tecidos in vitro10. Na planta modelo Arabidopsis thaliana, estudou-se que o embrião somático se origina do primórdio da folha próximo ao meristema apical do caule, e o tratamento com hormônio de crescimento poderia induzir eficientemente respostas embriogênicas em explantes cultivados in vitro . A análise do transcriptoma foi utilizada para abordar a baixa taxa reprodutiva da peônia (Peaonia ostii) e revelou que os genes que determinam o destino celular e a divisão celular dominaram a formação de embriões somáticos na peônia . Dados transcriptômicos de tecido embrionário de cicatrização de milho (Zea mays L.) e embriões somáticos foram estudados para revelar vias de sinalização hormonal e regulação transcricional associadas à embriogênese somática .

Camellia sinensis (L.) O. Kuntze é uma planta perene perene pertencente à família Camelliaceae15. É cultivada há séculos e suas folhas de chá são muito valorizadas pelo seu valor econômico. As plantas de chá possuem metabólitos secundários característicos, como polifenóis do chá16, catequinas e cafeína17, que trazem muitos benefícios à saúde18, como prevenção do câncer e tratamento de doenças cardiovasculares19. As plantas de chá são autoincompatíveis e não afiliadas, o que leva ao seu alto grau de heterozigosidade20,21. Os métodos tradicionais de melhoramento do chá têm as desvantagens de serem trabalhosos, cegos e de ciclos de melhoramento longos22,23, enquanto a introdução de técnicas moleculares modernas pode acelerar o processo de seleção de boas variedades de chá24,25,26,27. O estabelecimento de um sistema de embriogênese somática de alta frequência para o chá é de importância prática significativa. Permite a conservação in vitro de excelentes recursos de germoplasma de chá e o desenvolvimento de transformação genética e sistemas transgênicos para plantas de chá.