Caracterização funcional da via miR159/SlyGAMYB-like ao longo do processo de frutificação em tomateiro (Solanum lycopersicum L.)

Abstract

O processo de frutificação é definido como a transição de um ovário em estágio quiescente para estágio de iniciação de formação do fruto. Esta transição é iniciada em resposta aos eventos de polinização e fertilização, os quais induzem o início dos processos fisiológicos e moleculares, que, ao final, irão originar o fruto. A frutificação é fundamental para reprodução nas plantas com flores (Angiospermas). Já foi demonstrado que hormônios (tais como auxina e giberelina) podem atuar em paralelo com fatores de transcrição durante o desenvolvimento do fruto. Alguns desses fatores de transcrição são pós-transcricionalmente regulados por microRNAs. MicroRNAs, são pequenos RNAs (20-22 nt) que regulam pós-transcricionalmente a expressão de genes endógenos, modelando o transcriptoma e a produção de proteínas.Entretanto, vias genéticas orquestradas por microRNAs associadas com o desenvolvimento de ovário, e consequentemente, do fruto em tomateiro (Solanum lycopersicum L.), permanecem pouco exploradas. Neste trabalho, foi investigada a contribuição da via SlymiR159/GAMYB-like durante o processo de desenvolvimento do ovário e frutificação em tomateiro. O miR159 e seus alvos (SlyGAMYB1 e 2) são dinamicamente expressos durante os estágios de desenvolvimento do ovário e consequentemente do fruto. Eventos transgênicos de tomateiro (cv. Micro-Tom) apresentando super-expressão do precursor SlyMIR159 (denominados OE-159) exibiram frutificação precoce quando comparadas aos controles. Notavelmente, todos os eventos OE-159 apresentaram formação de frutos partenocárpicos. Tal alteração no padrão de frutificação pode estar correlacionada a repressão do gene SlyGAMYB1 em períodos pré-antese de desenvolvimento do ovário, é possível que a atividade do fator de transcrição SlyGAMYB1 seja importante para prevenir o início da frutificação antes da polinização. Além disso, a via regulada pelo miR167/SlyARF8A mostrou-se desregulada em ovários pré-antese de plantas transgênicas OE-159. Adicionalmente, mesmo com o fenótipo de partenocarpia e frutificação precoce, não houve alterações na quantidade de hormônios (e.g. giberelina, ácido abscisico e auxina) relacionados à formação de frutos nas plantas transgênicas OE-159. Contudo, a via miR159/GAMYB-like encontra-se reprimida nos primeiros estágios da frutificação (após polinização e fertilização) e a expressão do SlyARF8A (alvo do miR167) encontra-se induzida na presença de auxina. Em conjunto, nossos dados sugerem que o crosstalk entre as vias moduladas pelos microRNAs miR159 e miR167, integrados com a via de sinalização de auxina, é importante para a frutificação em tomateiro.

Fruit set, defined as the shift from quiescent ovary to a fast-growing young fruit, is a key process for fruit production in flowering plants. It has been shown that hormones (such as auxin and gibberellin) act in parallel with transcription factors during fruit set. Some of these are post-transcriptionally regulated by microRNAs (miRNAs). MiRNAs are a group of small non coding RNAs (21-22 nt) that act by regulating post-transcriptionally genes in plants and animals However, microRNA-regulated genetic pathways associated with tomato (Solanum lycopersicum L.) ovary development and fruit set remain poorly exploited. Here, we investigated the functional role of miRNA159/SlyGAMYBlike in tomato ovary development and fruit set. MiR159 and its targets were dynamically expressed in developing flowers, ovaries and fruit tissues. Transgenic tomato (cv. Micro-Tom) plants over-expressing the SlyMIR159 (termed OE-159) exhibited fruit set earlier when compared with control plants. Strikingly, all transgenic lines presented parthenocarpy fruits. Such developmental modification may be a result of the repression of SlyGAMYB1 in pre-anthesis ovaries, our data suggest that SlyGAMYB1 activity is important to prevent fruit set before pollination. In addition as a consequence of this repression, the miR167 node (miR167/SlyARF8 pathway) was mis-regulated in OE-159 ovaries. In addition, we observed that levels of auxin, gibberellin (GA) and abscisic acid (ABA) in pre-anthesis ovaries of several transgenic lines overexpressing the SlyMIR159 were similar to those of the control. Moreover, our experiments suggested that auxin and GA may act repressing the miR159 node during fruit set initiation, in order to release the miR167-targeted SlyARF8A expression during fruit set. Our data show how two microRNA nodes (miR159 and miR167) integrated with hormone signalling into a circuit that coordinates successive steps along ovary and fruit development.