Efeitos de reguladores de crescimento vegetal e sacarose na proliferação e qualidade do tecido embriogênico em Picea pungens

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13194 (2023) Citar este artigo

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O tecido embriogênico (TE) é importante para a modificação genética e regeneração de plantas. A capacidade de proliferação e o vigor da ET são cruciais para a propagação das plantas através da embriogênese somática. Neste estudo, a TE foi induzida a partir de embriões zigóticos maduros em abeto azul (Picea pungens Engelm.). Houve diferenças significativas na indução do TE entre as duas procedências, ou seja, 78,8 ± 12,5% e 62,50 ± 12,8%, respectivamente. Os efeitos do ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D), 6-benzil amino-purina (6-BA) e/ou sacarose na proliferação de ET e na maturação do embrião somático (SE) foram investigados posteriormente com quatro linhas celulares. A maior taxa de proliferação de TE atingiu 1.473,7 ± 556,0% quinzenalmente. As concentrações de 2,4-D ou 6-BA aplicadas na fase de proliferação tecidual impactaram a maturação do SE entre as linhagens celulares, enquanto a sacarose apresentou menos efeitos. A taxa mais alta, 408 ± 230 SEs maduros/g FW, foi alcançada em culturas de maturação SE. Esta pesquisa demonstrou que as condições de cultura, ou seja, as concentrações específicas de 2,4-D e BA, na fase de proliferação da ET afetaram não apenas o crescimento da ET, mas também a qualidade da ET para a maturação da SE. Este estudo revelou a necessidade e o benefício no desenvolvimento de protocolos gerais e específicos do genótipo para a produção eficiente de SEs maduros, ou plantas somáticas em abeto azul.

As agulhas do abeto azul (Picea pungens Engelm.) apresentam cor azul prateada durante todo o ano, o que apresenta alto valor ornamental para paisagismo1. Actualmente, o abeto azul é geralmente regenerado através da germinação de sementes na China2,3. Devido ao alto preço das sementes e mudas, o número de variedades de elite introduzidas é limitado4. As agulhas da progênie podem ser diferentes em cor, formato, estrutura e velocidade de crescimento, e a qualidade das mudas é, portanto, limitada. A tecnologia de embriogênese somática pode ser usada para produzir um grande número de plantas somáticas com características genéticas consistentes em um período de tempo relativamente curto, o que é, portanto, poderoso na propagação em larga escala de genótipos de elite no abeto azul.

Atualmente, muitas espécies de árvores podem ser propagadas através da embriogênese somática. O primeiro sucesso da embriogênese somática em espécies coníferas pode ser datado de 1985, quando Hakman et al.6 usaram embriões zigóticos imaturos de abeto norueguês (Picea abies) para induzir tecido embriogênico (TE) e então obtiveram embriões somáticos maduros (SEs). Vários artigos foram publicados desde 2000 sobre otimização da embriogênese somática em espécies de coníferas, incluindo: Pinus radiata7, Picea abies8, Picea glauca9, híbridos de Larix10, pinheiro coreano11,12,13,14, Abies nebrodensis15, Abies nordmanniana16, Abies alba17 e abeto azul1 . A proliferação de ET juntamente com a maturação de SE são etapas fundamentais para a propagação em larga escala e preservação a longo prazo do germoplasma de coníferas . Nielsen et al.16 relataram fortes efeitos clonais na maioria das características durante o processo de propagação via SEs em Abies nordmanniana16. A grave dependência da linhagem celular entre a proliferação de ET e a maturação de SE também foi relatada em Abies alba17. Tal tipo de pesquisa não foi relatada anteriormente em abetos azuis.

Houve poucos relatos de pesquisas sobre o início da embriogênese somática no abeto azul. Afele et al.18 utilizaram embriões maduros de abeto azul, como explantes, para indução de TE. A maior taxa de indução de TE foi de 16%, e o número de embriões somáticos (SEs) produzidos foi de apenas 9,7 SEs/g FW. Sun et al.4 otimizaram ainda mais o sistema de indução de TE. Eles alcançaram a taxa de indução de até 45,5%. No entanto, nas fases seguintes, houve muitos embriões anormais, resultando numa fraca capacidade de germinação do SE. Hazubska-Przyby et al.19 induziram TE a partir de embriões zigóticos com a maior taxa de indução de 23,75%, enquanto nenhum SE maduro foi obtido. Tao et al.1, pela primeira vez, desenvolveram um sistema técnico completo de embriogênese somática em abeto azul, incluindo as culturas de indução e proliferação de ET, maturação de SE, germinação e conversão de SE, bem como a dureza de plantas somáticas. No entanto, o sistema técnico de embriogênese somática no abeto azul precisa de maior otimização para resolver os problemas, como as baixas taxas de indução e proliferação de ET, bem como a fraca capacidade de maturação do SE. Todos esses fatores limitaram o processo de propagação em larga escala via embriogênese somática no abeto azul. A essência da proliferação de ET é a divisão celular da massa pró-embriogênica. Fatores como ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D), 6-Benzilaminopurina (6-BA) e sacarose mostraram grande influência na proliferação de ET20, assim como as condições de cultura na fase de proliferação de ET. No entanto, houve poucos estudos sobre os seus efeitos na maturação do SE posteriormente. Existem vários fatores que influenciam a maturação do SE21,22. É essencial estudar o efeito das condições de cultura na fase de proliferação de ET na maturação de SE, a fim de otimizar todo o sistema de cultura para propagação em massa. Neste estudo, embriões zigóticos maduros de abeto azul de duas procedências foram utilizados como explantes para induzir ET, e os ETs induzidos foram usados ​​como materiais experimentais para explorar os efeitos de 2,4-D, 6-BA e/ou sacarose em ET taxas de proliferação e a qualidade da ET na maturação do SE, a fim de otimizar o sistema SE para a produção eficiente de plantas somáticas de elite no abeto azul.