Avaliação da estabilidade genômica em acessos naturais e sintéticos de Lippia alba (MILL.) N. E. Br. (Verbenaceae)

Lippia alba é uma espécie medicinal com ampla diversidade fenotípica, incluindo a composição do óleo essencial. A variação genética é provavelmente a principal causa dessa variação. A espécie foi descrita como um complexo poliploide com cinco números cromossômicos (2n=30, 38, 45, 60 e 90). Devido à...

Nível de Acesso:openAccess
Publication Date:2017
Main Author: Julião, Sirlei Aparecida lattes
Orientador/a: Viccini, Lyderson Facio lattes
Banca: Koehler, Andréa Dias lattes, Otoni, Wagner Campos lattes, Sousa, Saulo Marçal de lattes, Campos, José Marcello Salabert de lattes
Format: Tese
Language:por
Published: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Programa: Programa de Pós-graduação em Ciências Biológicas: Imunologia e Doenças Infecto-Parasitárias/Genética e Biotecnologia
Department: ICB – Instituto de Ciências Biológicas
Assuntos em Português:
Áreas de Conhecimento:
Online Access:https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/6035
Resumo Português:Lippia alba é uma espécie medicinal com ampla diversidade fenotípica, incluindo a composição do óleo essencial. A variação genética é provavelmente a principal causa dessa variação. A espécie foi descrita como um complexo poliploide com cinco números cromossômicos (2n=30, 38, 45, 60 e 90). Devido à importância econômica e à variação genética natural, essa espécie representa um excelente modelo em estudos sobre estabilidade genômica. Este trabalho teve como objetivo investigar a estabilidade genômica de 22 acessos naturais cultivados in vitro durante sete anos e em acessos poliploides sintéticos obtidos a partir da duplicação cromossômica de um acesso diploide natural usando colchicina. Para analisar a estabilidade do genoma de plantas cultivadas a longo prazo, foram analisadas quatro plantas (três mantidas in vitro e uma no campo) de 22 acessos. O tamanho do genoma foi verificado por citometria de fluxo e oito marcadores ISSR foram utilizados para verificara estabilidade em nível de sequencia de DNA. Para avaliar a estabilidade genômica após a poliploidização, onze plantas poliploides sintéticas, sendo 5 tetraploides (4X) e 6 mixoploides (2X / 4X) foram comparadas com a planta matriz diploide. As comparações foram baseadas no conteúdo de DNA, contagem cromossômica, marcadores moleculares ISSR e SSR e no perfil químico do óleo essencial. A comparação entre as plantas mantidas in vitro e as respectivas plantas mantidas no campo mostrou que 13 dos 22 acessos sofreram uma pequena redução no tamanho do genoma. Os marcadores ISSR detectaram polimorfismos na sequência de DNA variando de 1,61 a 33,87%. Somente três acessos não apresentaram bandas polimórficas. O número de bandas polimórficas entre os outros 19 acessos variou de um a 21. A análise da ploidia das plantas poliploides sintéticas realizada em folhas e raízes confirmou a estabilidade das plantas tetraploides. As plantas mixoploides apresentaram um único pico G1 correspondente a plantas triploides. A análise cromossômica revelou 60 cromossomos com 12 sítios de DNAr 45S nas plantas tetraploides e 9 sítios de DNAr 45S nos 45 cromossomos observados nas plantas triploides. Os marcadores ISSR mostraram polimorfismo entre a planta matriz diploide e as plantas poliploides sintéticas. A taxa de polimorfismo variou de 1,81 a 5,45% nas plantas tetraploides e de 43,63 a 56,36% nas plantas triploides. Alterações no tamanho dos alelos de microssatélites também foram detectadas. A planta matriz diploide apresentou dez alelos, três dos quais foram compartilhados com as plantas triploides e sete com as plantas tetraploides. Todas as plantas triploides apresentaram 13 alelos, sendo dez deles correspondentes a alelos novos. O número de alelos detectados nas plantas tetraploides variou de oito a 11 e o número de alelos novos como consequência da poliploidização variou de dois a quatro. O componente majoritário detectado no óleo essencial da planta matriz diploide e das plantas tetraploides foi o citral e nas plantas triploides foi o linalol. A instabilidade genômica detectada em L. alba após sete anos de cultura in vitro pode ser devido à consequência da instabilidade do genoma natural combinada com a cultura in vitro a longo prazo. Os efeitos da poliploidização que resultam em reorganização genômica e alterações fisiológicas podem explicar a variação observada nas plantas poliploides sintéticas.
Lippia alba is a medicinal species with a broad phenotypic diversity, including the essential oil composition. Genetic variation is probably the main cause of this variation. The species is a polyploid complex with five chromosome numbers (2n = 30, 38, 45, 60 and 90). Due to the economic importance and the natural genetic variation, this species represents an excellent model in studies on the genomic stability. This work aimed to investigate the genomic stability of 22 natural accessions grown in vitro for 7 years and in synthetic polyploid accessions obtained from the chromosome duplication of a natural diploid access using colchicine. To analyze the genome stability of long-term cultivated plants, four replicates (three maintained in vitro and one in the field) of 22 accessions were analyzed. The size of the genome was verified by flow cytometry and eight ISSR markers checked for stability in the DNA sequence. To evaluate the effect of polyploidization, eleven synthetic polyploid plants composed of 5 tetraploids (4X) and 6 mixoploids (2X/4X) were compared with the diploid parent plant. The comparisons were based on DNA content, chromosomal count, molecular markers ISSR and SSR, and chemical profile of the essential oil. The comparison between the plants maintained in vitro and the respective plants maintained in the field showed that 13 of the 22 accessions suffered a small reduction in the size of the genome. ISSR markers detected polymorphisms in the DNA sequence ranging from 1.61 to 33.87%. Only three accessions did not present polymorphic bands. The number of polymorphic bands among the other 19 accesses ranged from 1 to 21. Analysis of the ploidy of the synthetic polyploid plants carried out on leaves and roots confirmed the stability of the tetraploid plants. The mixoploid plants presented a single G1 peak corresponding to triploid plants. The chromosome analysis showed 60 chromosomes with twelve 45S rDNA sites in the synthetic tetraploids and nine 45S rDNA sites over the 45 chromosomes observed in the synthetics triploid plants. ISSR markers showed polymorphism between the diploid parent plant and synthetic polyploid plants. The polymorphism rate varied from 1.81 to 5.45% in the tetraploid plants and from 43.63 to 56.36% in the triploid plants. Changes in the size of the microsatellite alleles were also detected. The diploid parental plant presented 10 alleles, of which 3 were shared with the triploid plants and 7 with the tetraploid plants. All triploid plants had 13 alleles, 10 of which correspond to new alleles. The number of alleles detected in tetraploid plants ranged from 8 to 11 and the number of new alleles as a consequence of polyploidization ranged from 2 to 4. The major component detected in the essential oil of the parental diploid plant and the tetraploid plants was the citral and the triploid plants was the linalool. The genetic instability detected in L. alba after seven years of in vitro culture may be due to the consequence of natural genome instability combined with long-term in vitro culture. The effects of polyploidization that result in genomic reorganization and physiological changes may explain the variation observed in synthetic polyploid plants.