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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GENÉTICA E MELHORAMENTO CLÁUDIA BATISTA FAVRETO Transformação genética de soja usando biobalística, Agrobacterium e método integrado, em meio com ácido lipóico MARINGÁ PARANÁ – BRASIL MARÇO – 2012 CLÁUDIA BATISTA FAVRETO Transformação genética de soja usando biobalística, Agrobacterium e método integrado, em meio com ácido lipóico Dissertação apresentada à Universidade Estadual de Maringá, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento, para obtenção do Título de Mestre. Orientador: Dr. Ivan Schuster. MARINGÁ PARANÁ – BRASIL MARÇO – 2012 iii “Mas a verdade pura é que ninguém devia ter de justificar o que ama. Se eu decidir me tornar um desses idosos caducos que vivem sozinho com seis beagles, quem será prejudicado pelo extremismo de meu afeto? Há tão pouca dedicação no mundo que deveríamos nos alegrar quando ela aparece sob qualquer forma e nunca zombar dela ou subestimar sua profundidade. O amor, acredito, é um acesso ao mundo e não uma fuga dele”. Mark Dotty. iv AGRADECIMENTOS À minha mãe, Débora Felipe Batista Favreto, pela força, pelo exemplo, pelos sorrisos e pelo colo. À Universidade Estadual de Maringá e ao Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento pela oportunidade. À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes), pela concessão de bolsa de estudo. A Cooperativa Central de Pesquisa Agrícola (Coodetec), pela disponibilidade de recursos. Ao meu orientador, professor doutor Ivan Schuster, por toda ajuda. À Leandra Regina Texeira, pela paciência e ensinamentos. À Valesca Barros e Marina Nogueira, por dividirem o teto. Aos amigos Rodrigo Cavalcante, Jean Carlos Alekcevetch, Paulo Henrique Peruzzo, Renato Alexandre Malfato, por serem sinceros amigos. Às amigas Elaine Wilges, por todas as risadas e conversas, e Ana Paula Peracchi Oro, pelo seu exemplo de força e por me mostrar que a vida vale a pena. Ao Conrado Dorigon, por me mostrar diariamente que sempre há uma saída. Às amigas Adriana Scherloski e Natasha Barchinski, pela companhia. Aos colegas do Núcleo de Biotecnologia da Coodetec, pela colaboração em todas as etapas de realização deste trabalho. A todos que contribuíram para a minha formação pessoal e profissional, minha gratidão e meu carinho. v BIOGRAFIA CLÁUDIA BATISTA FAVRETO, filha de Claudio Favreto e Débora Felipe Batista Favreto, nasceu em 17 de junho 1987, na cidade de Cascavel, estado do Paraná. Ingressou no curso de Ciências Biológicas, em fevereiro de 2005, na Universidade Paranaense (Unipar), na cidade de Cascavel, Paraná, obtendo o título de Licenciada e Bacharel em Ciências Biológicas em fevereiro de 2009. Em março de 2009, ingressou no curso de Pós-Graduação em Biotecnologia Aplicada à Agroindústria, na Universidade Estadual de Maringá - UEM, na cidade de Maringá, estado do Paraná, obtendo o título de Especialista em agosto de 2010. Em fevereiro de 2010, ingressou no Curso de Mestrado do Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento (PGM), da Universidade Estadual de Maringá (UEM). vi SUMÁRIO LISTA DE QUADROS ............................................................................................... vii LISTA DE FIGURAS ................................................................................................ viii RESUMO.................................................................................................................... ix ABSTRACT ................................................................................................................. x 1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 1 2. REVISÃO DE LITERATURA .................................................................................. 2 2.1. Melhoramento genético de plantas e biotecnologia .......................................... 2 2.2. Importância econômica e transformação genética da soja ............................... 3 2.3. Transformação genética em plantas ................................................................. 4 2.3.1. Transformação genética via biobalística ........................................................... 4 2.3.2. Transformação genética via Agrobacterium ..................................................... 5 2.3.3. Transformação genética via sistema integrado entre biobalística e Agrobacterium ....................................................................................................... 7 2.4. Cultura de tecidos e regeneração dos explantes ............................................. 8 2.4.1. Adição de antioxidantes aos meios de cultura ............................................... 10 3. MATERIAIS E MÉTODOS ..................................................................................... 11 3.1. Local e condução dos experimentos ............................................................... 11 3.2. Plasmídeo ....................................................................................................... 11 3.3. Transformação genética via biobalística ......................................................... 12 3.4. Transformação genética via Agrobacterium .................................................... 14 3.5. Transformação genética via sistema integrado entre biobalística e Agrobacterium ................................................................................................ 15 3.6. Eficiência da transformação genética ............................................................. 16 3.7. Análise das plantas T0..................................................................................... 16 3.8. Análise da segregação dos possíveis transgenes .......................................... 17 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................ 19 4.1. Eficiência da transformação via expressão transiente GUS ........................... 19 4.2. Regeneração de plantas ................................................................................. 21 4.3. Análise molecular e ensaio com glufosinato de amônio nas plantas T0 e T1 .. 23 5. CONCLUSÕES ..................................................................................................... 27 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................... 28 vii LISTA DE QUADROS Quadro 1 - Classificação dos eixos embrionários submetidos ao ensaio GUS de acordo com a coloração apresentada na análise de expressão transiente dos três métodos de transformação avaliados ............................................ 20 viii LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Plasmídeo binário pCambia 3301, utilizado para as transformações genéticas. ........................................................................................................... 11 Figura 2 - Eixo embrionário após a excisão dos primórdios foliares. A região em destaque corresponde ao meristema ............................................................ 12 Figura 3 - Desenvolvimento de plântulas a partir de explantes submetidos a transformação genética, no período de desenvolvimento in vitro em meio seletivo. ..............................................................................................................14 Figura 4 - (A) Delimitação da área foliar para aplicação do glufosinato de amônio. (B) Aplicação de glufosinato de amônio 0,5% nas folhas selecionadas. 17 Figura 5 - Plantas no período de desenvolvimento V1, fase em que ocorreu a aplicação do herbicida glufosinato de amônio 0,5%. ................................. 18 Figura 6 - (A) Eixos embrionários apresentando manchas azuladas. (B) Eixos embrionários com pontos azuis. .................................................................... 19 Figura 7 - Plantas regeneradas a partir dos métodos de transformação avaliados, em diferentes concentrações do ácido lipóico. ............................................ 21 Figura 8 - Planta T0 após aplicação de glufosinato de amônio (GA) 0,5%; realizada nas folhas com áreas marcadas. Observa-se que uma das folhas avaliadas é transgênica, e apresenta tolerância ao GA, e a outra não, apresentando suscetibilidade ao GA. ........................................................... 24 Figura 9 - Resultados da análise molecular. (M): marcador de peso molecular de 100 pb (pares de base); (1): controle positivo – plasmídeo pCambia 3301; (2) planta transformada via Agrobacterium; (3) e (4): plantas transformadas pelo sistema integrado, e suscetíveis na avaliação com glufosinato de amônio ; (5): controle negativo para plantas transformadas – CD 217 convencional. .................................................................................. 24 ix RESUMO FAVRETO, Cláudia Batista, M. Sc. Universidade Estadual de Maringá, março de 2012. Transformação genética de soja usando biobalística, Agrobacterium e método integrado, em meio com ácido lipóico. Orientador: Ivan Schuster. Conselheiros: Carlos Alberto Scapim e Ronald José Barth Pinto. Com o advento da engenharia genética e da Biotecnologia, algumas barreiras associadas ao melhoramento genético de plantas foram eliminadas e tornou-se possível a transferência de genes entre indivíduos de espécies distintas. Este trabalho foi realizado com o objetivo de comparar a eficiência dos sistemas de transformação de soja via biobalística, Agrobacterium e sistema integrado e a adição de diferentes concentrações de ácido lipóico aos meios de regeneração. Foram utilizadas as concentrações de 50, 100, 250 e 500 µM de ácido lipóico e um grupo controle. Para a transformação, foi utilizado o vetor binário pCambia 3301 e a avaliação da eficiência da transformação foi realizada pelo ensaio histoquímico com o gene GUS. O método integrado apresentou maior eficiência de transformação, seguido pelo sistema Agrobacterium e biobalística. Não foram obtidas plantas transgênicas regeneradas para a transformação via biobalística e sistema integrado. Para a transformação via Agrobacterium, a eficiência de regeneração de plantas transgênicas foi de 0,4%. As plantas obtidas foram quiméricas, com tecidos contendo o transgene e tecidos não transgênicos. A regeneração das plantas submetidas à transformação foi superior nas concentrações entre 50 e 250 µM do ácido lipóico, sendo a concentração de 100 µM a que apresentou maior número de plantas regeneradas. Palavras-chave: Métodos de transformação de plantas; regeneração de plantas; antioxidante. x ABSTRACT FAVRETO, Cláudia Batista, M. Sc. State University of Maringá, March 2012. Genetic transformation of soybean using biolistic, Agrobacterium and integrated approach, in media with lipoic acid. Advisor: Ivan Schuster. Committee Members: Carlos Alberto Scapim and Ronald José Barth Pinto. Genetic engineering and biotechnology have, some of the barriers associated with plant breeding programs were eliminated, and it became possible to transfer genes between individuals of different species. This work was carried out to compare the efficiency of soybean transformation via biolistics, Agrobacterium and integrated system, and the addition of different concentrations of lipoic acid to the regeneration media. Concentrations used were 50, 100, 250 and 500 µM of lipoic acid, and a control group. Was used for processing the binary vector pCambia 3301 and evaluation of the efficiency of transformation was performed by histochemical assay with the GUS gene. The integrated method was more efficient processing, followed by Agrobacterium and biolistic system. There were obtained transgenic plants regenerated via biolistic transformation and integrated. For transformation via Agrobacterium efficiency of regeneration of transgenic plants was 0.4%. The plants obtained were chimeric, with tissues containing the transgene and non-transgenic tissues. The regeneration of plants subjected to transformation was higher in concentrations between 50 and 250 µM lipoic acid, the concentration of 100 µM had the greatest number of regenerated plants. Key words: Methods of plant transformation; plant regeneration; antioxidant. 1 1. INTRODUÇÃO Com o desenvolvimento da cultura de tecidos e da engenharia genética, diferentes técnicas de transformação genética de plantas foram estabelecidas (Brasileiro e Carneiro, 1998). Apesar da existência de uma grande variedade de técnicas de transformação, não existe ainda um sistema de transferência de genes que possa ser considerado universal ou ideal, isto é, um sistema que possa ser comumente utilizado para todas as espécies vegetais (Brasileiro e Dusi, 1999). Para a aplicação das técnicas de transformação na agricultura, é necessário que as células ou tecidos transformados sejam regenerados em plantas que expressem o gene introduzido. Sendo assim, o principal pré-requisito para todos os procedimentos de transformação é a capacidade de estabelecimento e manutenção de uma cultura de tecidos com plantas altamente responsivas a este processo (Droste et al., 2001). De acordo com Dan et al. (2009), existem problemas associados à cultura de tecidos e regeneração dos explantes que afetam a eficiência da transformação genética e limitam o número de plantas que podem ser regeneradas. Uma possível solução para estes fatores limitantes seria a adição de antioxidantes durante as etapas de cultura in vitro. A soja (Glycine max L.) tornou-se alvo da transformação genética por apresentar base genética entre as cultivares, o que poderia limitar alguns avanços pelos métodos convencionais de melhoramento. A importância econômica dessa cultura para o Brasil, segundo maior produtor em nível mundial, justifica esforços direcionados ao melhoramento genético de cultivares recomendadas para o plantio em nosso país (Wiebke, 2005). Neste contexto, este trabalho foi realizado com o objetivo de avaliar a eficiência dos métodos de transformação via biobalística, Agrobacterium tumefaciens e sistema integrado; testar a eficiência de um agente antioxidante na regeneração dos explantes transformados e determinar a concentração ideal deste. 2 2. REVISÃO DE LITERATURA 2.1. Melhoramento genético de plantas e biotecnologia O melhoramento genético de plantas e animais é uma prática quase tão antiga quanto a própria civilização. Na verdade, é difícil precisar se foi a agricultura que incentivou a prática do melhoramento de plantas pelos primeiros agricultores ou vice-versa. Provavelmente, ambos evoluíram paralelamente, aumentando a qualidade e a produtividade das culturas domesticadas pelo homem (Borém e Milach, 1999; Farah, 2007). Ao longo da evolução da agricultura, os agricultores verificaram que as melhores lavouras provinham de sementes sadias, normalmente colhidas em plantas vigorosas que se destacavam das demais. Assim, embora ainda não fossem conhecidas as leis da Genética, praticou-se a seleçãoempírica de plantas superiores quanto ao número de flores, sementes ou frutos, quanto ao tamanho ou palatabilidade dos mesmos e quanto à tolerância a fatores estresses bióticos e abióticos (Pinto, 2009). Ao final da Segunda Guerra, o modelo tecnológico baseado em pesquisas de melhoramento genético estava consolidado nos Estados Unidos e passou a ser difundido nos demais países, tendo como principal justificativa o argumento de proporcionar a solução para a erradicação da fome no mundo (Teixeira e Lages, 1996). A substituição da agricultura tradicional por uma agricultura moderna nos países de Terceiro Mundo representou a abertura de importantes canais para expansão de negócios das empresas que se voltaram à produção de insumos para a agricultura (Beaud, 1994). De acordo com Albergoni e Pelaez (2007), a adoção destes insumos representou um aumento de cerca de 7% no total de alimentos per capta produzidos nos países de Terceiro Mundo. No entanto, seus efeitos nocivos passaram a ser identificados a partir da década de 1960 e divulgados na mídia e em publicações científicas. A utilização de fertilizantes e agrotóxicos passou a ser duramente criticada em função dos problemas causados pelo uso intensivo desses produtos, como intoxicação humana e animal e poluição do meio ambiente. Com o surgimento da engenharia genética, que supera essas dificuldades, o processo de domesticação de plantas e animais passou a ser mais acelerado. 3 Atualmente, uma combinação de técnicas permite isolar um gene específico que codifica uma característica desejada e transferir esse gene para outros organismos vivos a fim de adaptá-los aos nossos propósitos (Farah, 2007). De acordo com Costa et al. (2002), ao contrário dos métodos convencionais de cruzamento, na engenharia genética, a transferência de genes não se limita a indivíduos da mesma espécie. A compatibilidade sexual, nesse caso, torna-se irrelevante. Além disso, permite que se introduzam novas mudanças de modo muito mais preciso, com transferência de um único gene, enquanto cruzamentos convencionais envolvem uma mistura de milhares de genes, muitos dos quais com função desconhecida. Mais ainda, modificações genéticas podem ser realizadas em uma única geração, as quais, de outra forma, levariam centenas ou dezenas de gerações para serem estabelecidas, tornando o processo muito mais rápido. Outra vantagem do emprego de técnicas de engenharia genética é o fato de se poder fazer com que os genes introduzidos sejam ativos somente em determinado estágio de desenvolvimento da planta ou em um órgão específico, tecido ou célula. Antes da introdução do gene pode-se também fazer mudanças específicas em sua sequência, de tal forma que a proteína por ele codificada apresente propriedades mais adequadas às nossas necessidades. E, finalmente, a natureza e a segurança da nova proteína produzida podem ser avaliadas antes do início do programa de melhoramento de uma espécie vegetal (Farah, 2007). Como resultado do processo de transformação genética, obtém-se um organismo geneticamente modificado (OGM), também denominado organismo transgênico, que entre os benefícios gerados por essa nova tecnologia para a agricultura mundial, inclui-se a possibilidade de aumentar a produção de alimentos com maior teor nutricional (Batista et al., 2005). 2.2. Importância econômica e transformação genética da soja A partir de 1960, a cultura da soja se estabeleceu como economicamente importante para o Brasil. Na década seguinte, a soja se consolidou como a principal cultura do agronegócio brasileiro, passando de 1,5 milhões de toneladas (1970) para mais de 15 milhões de toneladas em 1979 (Embrapa, 2011). Desde meados da década de 1970, o governo brasileiro passou a investir no melhoramento genético da soja para sua adaptação às condições brasileiras, 4 levando à “tropicalização” da cultura e favorecendo o aumento de sua produção. A produção brasileira da safra 2010/2011 foi 75,04 milhões de toneladas (Conab, 2011). Os dois primeiros relatos da transformação genética de soja datam de 1988, quando Hinchee et al. utilizaram Agrobacterium para transformar nós cotiledonares, e McCabe et al. utilizaram as técnicas da biobalística para transformação de meristemas. A eficiência das transformações foi considerada baixa, mas, desde então, numerosas pesquisas vem sendo desenvolvidas com o intuito de aprimorar as técnicas. No Brasil, já são 31 eventos de plantas transgênicas liberados para o cultivo e comercialização. São oito eventos de algodão, cinco eventos de soja, 17 eventos de milho e um evento de feijão. Entre as tecnologias liberadas estão a tolerância à herbicidas (TH), tolerância a insetos (RI) e combinação das duas, além de um evento de resistência a vírus (CTNBio, 2012). A área plantada com soja transgênica na próxima safra será 13,4% maior do que na safra 2010/2011, ocupando 20,8 milhões de hectares (82,7% da área total prevista) (Agrolink, 2011). 2.3. Transformação genética em plantas Os dois métodos mais utilizados para a transferência de genes em plantas são a transferência direta utilizando a biobalística (Sanford, 1988) e a transferência indireta, via Agrobacterium (Trick e Finer, 1998). 2.3.1. Transformação genética via biobalística A biobalística pode ser aplicada em qualquer tipo de tecido vegetal, porém requer equipamento apropriado, tem custo elevado e pode inserir um grande número de cópias do gene de interesse nas células vegetais, provocando problemas na inserção e regulação dos mesmos (Handel et al., 1997). A técnica da biobalística (balística biológica), também conhecida por biolística, aceleração de partículas, ou bombardeamento de partículas, foi descrita inicialmente por Sanford et al. (1987). De acordo com Sanford (1988) e Carneiro et al. (2004), o método é conhecido como transformação direta e consiste na aceleração de micropartículas que atravessam a parede celular e membrana plasmática, de forma não letal, 5 carregando substâncias fisicamente aderidas às micropartículas (DNA, RNA ou proteínas) para o interior da célula, utilizando o canhão gênico. A aceleração das micropartículas envolve um instrumento conhecido como “gene gun” ou canhão gênico (Rech e Aragão, 1998; Carneiro et al., 2004), capaz de acelerar as partículas a velocidades superiores a 1.500 km h-1. Ainda, o sistema é composto por uma câmara especial em condições de vácuo, que reduz o arraste das micropartículas pelo ar (Carneiro et al., 2004). Essas partículas (de ouro ou tungstênio) alojam-se aleatoriamente nas organelas celulares e, posteriormente, o DNA é dissociado das micropartículas pela ação do líquido celular e integrado no genoma nuclear do organismo receptor (Rech e Aragão, 1998; Carneiro et al., 2004). Para a aceleração das micropartículas, diferentes sistemas foram desenvolvidos e construídos, como a onda de choque gerada por uma explosão química, utilizando pólvora seca (Sanford et al., 1987); a descarga de hélio a alta pressão (Sanford et al., 1991); a vaporização de uma gota de água decorrente de descarga elétrica com alta voltagem e baixa capacitância (McCabe et al., 1988) ou com baixa voltagem a alta capacitância (Rech et al., 1991) ou por uma descarga de ar comprimido (Morikawa et al., 1989). No entanto, os sistemas que utilizam gás hélio sob alta pressão e descarga elétrica possuem um amplo espectro de utilização e são mais eficientes para a obtenção de altas freqüências de transformação em diferentes espécies vegetais. O sistema que utiliza gás hélio sob alta pressão tem sido responsável pela totalidade das plantas transgênicas obtidaspelo processo de biobalística (Rech e Aragão, 1998). Para Lacorte et al. (1999), a biobalística é bastante versátil, podendo ser utilizada para a transformação de diferentes tipos de tecidos e células, em geral, independentemente do genótipo. Nesse processo efetivo e simples, podem-se bombardear embriões, hipocótilos, cotilédones, discos foliares, calos ou suspensões celulares. Virtualmente, qualquer tipo de célula ou tecido pode ser usado para transformação (Andrade, 2003). 2.3.2. Transformação genética via Agrobacterium A técnica via Agrobacterium tumefaciens tem sido muito utilizada em dicotiledôneas, mas não em monocotiledôneas, pela dificuldade de identificar estirpes da bactéria que infectem estas plantas. Mesmo assim, o uso dessa bactéria 6 é de grande interesse, visto que uma ou poucas cópias do transgene são inseridas no genoma da planta, diferente do que ocorre na biobalística, além de poder ser considerada mais eficiente e de menor custo para as espécies compatíveis com a bactéria (Webb e Morris, 1992). Este método, chamado indireto, consiste no uso de um vetor, como a Agrobacterium, para intermediar a transferência do DNA. As bactérias do gênero Agrobacterium são fitopatógenos com a capacidade natural de transferir DNA para algumas espécies de dicotiledôneas, induzindo a formação de um tumor conhecido como galha-da-coroa (crown gall) ou a síndrome da raiz em cabeleira (hairy root). Para haver a infecção, é necessário algum tipo de ferimento, por meio do qual a agrobactéria vai reconhecer a planta e iniciar a transferência do DNA (Andrade, 2003). Segundo Brasileiro e Lacorte (1998), a célula lesada exsuda moléculas-sinal (como compostos fenólicos, açúcares e aminoácidos) em resposta ao ferimento, que são responsáveis pela atração das bactérias (quimiotactismo positivo). Em contato com as células vegetais, as bactérias sintetizam microfibrilas de celulose, propiciando uma melhor fixação. As moléculas sinal vão também ativar genes que estão localizados na região de virulência (região vir) do plasmídio Ti (de Tumor-inducing), que é um plasmídio de alto peso molecular (150 a 250 kb), presentes em todas as linhagens patogênicas de Agrobacterium. A região vir é um regulon composto de seis a oito operons, contendo, aproximadamente, 25 genes. As diversas proteínas codificadas pelos genes vir vão promover a transferência de uma outra região do plasmídio Ti da bactéria para a célula vegetal. Essa região, denominada T-DNA (de transferred DNA), é delimitada por duas sequências repetidas de 25 pb, conhecidas como extremidades direita e esquerda. Uma vez no núcleo da célula, o T-DNA é integrado, de forma estável, no genoma vegetal (Brasileiro e Lacorte, 1998). No genoma vegetal, os genes presentes no T-DNA de Agrobacterium tumefaciens, conhecidos como oncogenes, são transcritos, codificando enzimas envolvidas na via de biossíntese de hormônios vegetais (citocininas e auxinas). Como conseqüência deste desbalanço hormonal, as células transformadas proliferam desordenadamente, levando à formação de um tumor, conhecido como galha-da-coroa ou grown gall (Brasileiro e Lacorte, 1998). 7 Conforme Andrade (2003), o sistema foi adaptado para a engenharia genética, onde os estudos visam caracterizar melhor o processo de transformação natural e utilizar o processo da transformação como métodos de manipulação genética em plantas. No entanto, não seria desejável a indução de tumor em plantas transgênicas criadas por engenharia genética. Para evitar tal possibilidade, os genes responsáveis pela indução do tumor são retirados do T-DNA e substituídos pelo gene que se pretende transferir para a planta. O plasmídio Ti, carregando um T-DNA assim modificado, é dito “desarmado” e pode então ser utilizado como vetor (Farah, 2007). Embora a transformação pelo T-DNA represente um excelente sistema de transferência gênica, só é viável em plantas sujeitas a infecção pela bactéria A. tumefaciens, ou seja, as dicotiledôneas. Por muito tempo se considerou que as monocotiledôneas fossem resistentes à transformação por A. tumefaciens. Entretanto, com o refinamento do protocolo e adotando-se condições cuidadosamente controladas, foi possível transformar monocotiledôneas, como arroz e milho, utilizando este sistema (Farah, 2007; Hiei et al., 1994). O método mostra-se promissor porque permite introduzir baixo número de cópias dos transgenes nos cromossomos vegetais, geralmente uma ou duas (Hiei et al., 1994; Ishida et al., 1996). A inserção de múltiplas cópias dos genes pode levar a uma instabilidade da expressão dos transgenes ou ainda ao silenciamento gênico (Kaeppler et al., 2001; Vega et al., 2008). 2.3.3. Transformação genética via sistema integrado entre biobalística e Agrobacterium Para garantir o sucesso da transformação mediada por Agrobacterium, a parede das células vegetais deve ser lesada, uma vez que os ferimentos estimulam a infecção pelas bactérias e, posteriormente, a transferência do gene de interesse (Bidney et al., 1992; Andrade, 2003). No entanto, a lesão não pode ser muito grande para não comprometer a sobrevivência do tecido vegetal (Wiebke, 2005). Bidney et al. (1992) utilizaram pela primeira vez um método alternativo de transformação genética, que associa a capacidade de abertura de microferimentos pelo bombardeamento de micropartículas da biobalística à capacidade de infecção pela Agrobacterium, para a transformação de folhas de tabaco e meristemas de 8 girassol. Mais tarde, a técnica foi também utilizada para a transformação de meristemas de banana (May et al., 1995) e de feijão (Brasileiro et al., 1996). Droste et al. (2000) utilizaram o sistema integrado para transformar embriões somáticos de soja e obtiveram expressão transiente significativa, porém não obtiveram a confirmação de transformantes estáveis devido à morte de todo o tecido vegetal submetido à transformação durante o período de regeneração. 2.4. Cultura de tecidos e regeneração dos explantes A cultura de tecidos e a regeneração de plantas são também essenciais para a transformação, sendo que este processo completo requer um mecanismo que desenvolva plantas adultas (Texeira et al., 2011). Assim, requer protocolos de regeneração in vitro, que têm sido usados em combinação com protocolos de transformação para obter plantas transgênicas de soja (Kita et al., 2007). As técnicas de cultura de tecidos têm sido empregadas de diferentes formas no desenvolvimento de cultivares superiores. Em geral, essas técnicas são utilizadas em uma ou outra etapa do melhoramento, não, necessariamente, no desenvolvimento direto de novas cultivares, mas podem oferecer novas alternativas aos programas de melhoramento em suas diferentes fases e, muitas vezes, oferecem soluções únicas (Ferreira et al., 1998). Apesar da existência de uma grande variedade de técnicas de transformação, não existe ainda um sistema de transferência de genes que possa ser considerado universal ou ideal, isto é, um sistema que possa ser comumente utilizado para todas as espécies vegetais. Entretanto, a maior dificuldade para a obtenção de plantas transgênicas é o estabelecimento prévio de um sistema de regeneração eficiente. Cada espécie vegetal, ou mesmo diferentes genótipos dentro de uma mesma espécie, possui diferentes exigências nutricionais e hormonais para a sua regeneração (Brasileiro e Dusi, 1999). A incorporação de genes via transformação genética depende da cultura de células, tecidos ou órgãos para a regeneração de plantas in vitro. Vale ressaltar que o primeiro grupo de cultivares transgênicos comercializados em diversas partesdo mundo, apresentando, por exemplo, resistência a herbicidas, insetos e patógenos, foi desenvolvido mediante o uso de cultura de tecidos em combinação com métodos de biologia molecular (Ferreira et al., 1998). 9 A produção de plantas transgênicas requer que somente algumas das células de um explante ou tecido sejam transformadas com um gene de interesse e então se induza a regeneração de uma planta inteira (Dan et al., 2009). De acordo com Dan et al. (2009), existem três problemas comumente associados à cultura de tecidos e regeneração de explantes: escurecimento e/ou necrose dos tecidos, recalcitrância in vitro e escape de brotos não transformados, que afetam a eficiência da transformação, limitando o número de plantas transgênicas que podem ser regeneradas. Radicais livres intracelulares, ou seja, moléculas intracelulares de baixo peso molecular com um elétron não pareado são, muitas vezes, chamados de espécies reativas de oxigênio (ROS), sendo os dois termos comumente utilizados como equivalentes. Os radicais livres podem reagir com mais biomoléculas iniciando uma reação em cadeia de formação de radicais livres. Para encerrar essa reação, um radical livre recém-formado deve reagir com outro ou com um antioxidante (Dan, 2008). Todos os organismos aeróbicos formam e degradam ROS para conduzir a concentrações fisiológicas ideais para função celular normal, porém, quando em concentrações excessivas, leva a um estado denominado estresse oxidativo. Esse estado está relacionado a aspectos positivos, como a proliferação celular normal, a ativação de fatores de transcrição ou expressão gênica, mas também pode estar relacionado a respostas negativas, como a inibição do crescimento e a perda das funções celulares, resultando em apoptose ou necrose por interferir em várias biomoléculas, como proteínas, lipídeos e DNA (Dan, 2008). Dan (2008) destaca que um equilíbrio entre oxidante e antioxidante é de fundamental importância para o funcionamento normal das células, regulação do crescimento e adaptação às diversas condições de crescimento. Um antioxidante pode ser definido como uma substância que atrasa ou previne a oxidação de seu substrato quando presente em baixas concentrações em relação ao seu substrato. Esse substrato pode ser quase tudo o que é encontrado em tecidos vivos especialmente proteínas, lipídeos, carboidratos e DNA (Dan, 2008). Alguns estudos relatam o escurecimento de tecido e/ou necrose, acarretando em uma baixa regeneração de plantas in vitro e o uso, com sucesso, de antioxidantes para resolver o problema (Dan, 2008). 10 2.4.1. Adição de antioxidantes aos meios de cultura De acordo com Dan et al. (2009), os principais antioxidantes usados na cultura de tecidos de plantas são classificados em grupos, baseados nas suas funções in vitro. O primeiro grupo de antioxidantes tanto pode reduzir o escurecimento dos tecidos quanto promover organogênese, embriogênese somática e acelerar o crescimento de brotos durante a micropropagação de diferentes espécies vegetais, tais como Protea cynaroides, Adonis amurensis e Euphoria langana. Neste grupo, encontram-se o ácido ascórbico, ácido cítrico, polivinilpirolidona (PVPP), dithiothreitol (DTT) e vitamina C. O segundo grupo de antioxidantes pode aumentar o número de brotos, raízes e crescimento da planta em diferentes espécies vegetais, como Solanum lycopersicum e Elaeagnus mollis. Neste grupo, encontram-se cisteína, phenoxane, 3-ter-butil-4-hidroxianisole e vitamina E. Finalmente, o terceiro grupo de antioxidantes promovem formação de calos e organogênese e inibem a embriogênese somática. Esses antioxidantes são ascorbato, glutationa e α-tocoferol (Dan et al., 2009). Alguns antioxidantes estão associados ao controle do escurecimento e necrose dos tecidos transformados, tais como PVPP, DTT, ácido ascórbico, cisteína, glutationa, selenito, tocoferol e ácido lipóico (Dan, 2008). O ácido lipóico é um componente envolvido em muitos complexos multienzimáticos, como piruvato desidrogenase, alfa-cetoglutarato desidrogenase e complexo glicina descarboxilase (Packer et al., 1995). Sua ação foi investigada em plantas de cinco espécies transformadas via Agrobacterium. Em soja, a frequência de eventos transgênicos foi de 0,6 a 3,6%, enquanto a frequência de escape de brotos foi reduzida de 92 a 72%. 11 3. MATERIAIS E MÉTODOS 3.1. Local e condução dos experimentos Os experimentos foram conduzidos no Núcleo de Biotecnologia da Cooperativa Central de Pesquisa Agrícola (Coodetec), localizada em Cascavel – PR. Foram utilizadas sementes da cultivar CD 217. Cada método de transformação (biobalística, Agrobacterium tumefaciens e sistema integrado) foi constituído de cinco tratamentos, sendo um sem a adição de ácido lipóico (grupo controle) e os demais utilizando concentrações de 50, 100, 250 e 500 µM do ácido lipóico adicionados aos meios de cultura. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado, sendo que cada tratamento foi composto de 10 repetições, e cada repetição utilizou 10 explantes. A unidade experimental foi constituída de uma placa de Petri ou uma magenta, dependendo do desenvolvimento do explante. As plântulas obtidas foram sempre agrupadas pela unidade experimental inicial, ou seja, pela sua repetição. Uma vez que a variabilidade dentro dos tratamentos é grande neste tipo de experimento e não atendem às pressuposições básicas para a realização de testes estatísticos, os dados foram analisados apenas descritivamente. 3.2. Plasmídeo Figura 1 - Plasmídeo binário pCambia 3301, utilizado para as transformações genéticas. 12 Foi utilizado o plasmídeo binário pCambia 3301 (Figura 1), que contém o gene da b- glucuronidase (GUS) e o gene da fosfinotricina acetiltransferase (BAR), que confere tolerância ao herbicida glufosinato de amônio, ambos sob controle do promotor CaMV35S. O plasmídeo também contém um gene de seleção bacteriana com canamicina. 3.3. Transformação genética via biobalística Sementes de soja da cultivar CD 217 foram previamente desinfestadas superficialmente por 5 minutos com etanol 70% (v/v), seguido por 20 minutos em solução de hipoclorito de sódio 50% com Tween 20. Em seguida, as sementes foram enxaguadas quatro vezes com água destilada esterilizada e embebidas por aproximadamente 18 horas. Após esse período e em fluxo laminar, os cotilédones foram separados e o eixo embrionário isolado. Com o auxílio da lupa, os primórdios foliares foram excisados, ocorrendo a exposição da região meristemática, as quais foram utilizadas para o processo de transformação genética (Figura 2). Figura 2 - Eixo embrionário após a excisão dos primórdios foliares. A região em destaque corresponde ao meristema. 13 Para a transformação, os eixos embrionários foram posicionados em meio de bombardeamento, contendo sais MS (Murashige e Skoog, 1962), 3% de sacarose, 0,8% de phytagel e pH 5,7, na região circundante à zona de morte, previamente marcada no fundo da placa com o auxílio de um delimitador de zona de morte. O posicionamento consiste em deixar a região meristemática sobre a linha da zona de morte, para que fique totalmente exposta durante o bombardeamento. Para o preparo da suspensão de partículas, a umidade relativa do ambiente foi mantida abaixo de 50%. A suspensão de micropartículas foi preparada de acordo com a metodologia de Sanford et al. (1993), com algumas modificações, sendo utilizado 50 µL de micropartículas de tungstênio,8 µg de DNA plasmidial, 50 µL de CaCl2 e 20 µL de espermidina. Para o bombardeamento, a pressão de saída do gás hélio utilizada foi de 1.200 psi e a placa contendo os eixos devidamente posicionados foi mantida a 80 mm da tela de retenção. A pressão foi mantida em 27 polegadas de Hg (Rech e Aragão, 1998). Após o bombardeamento, os eixos embrionários foram transferidos para meio de indução, composto por sais MS (Murashige e Skoog, 1962), 22,2 µM de benzilaminopurina (BAP), 3% de sacarose, 0,6% de phytagel e pH 5,7, suplementado com ácido lipóico nas concentrações em teste. As placas com os meios foram mantidas no escuro por um período de 48 horas, em temperatura de 24±1°C. Após esse período, os eixos embrionários foram transferidos para meio de seleção contendo sais MS (Murashige e Skoog, 1962), suplementado com 6 mg L-1 de glufosinato de amônio, 3% de sacarose, 0,6% de phytagel e pH 5,7. Os eixos bombardeados foram regenerados por cerca de quatro a seis semanas neste meio e mantidas a 24±1ºC, sob fotoperíodo de 16 horas de luz e intensidade luminosa de 30 µmol m-2 s-1. As plântulas bem desenvolvidas (Figura 3) foram transferidas para substrato (terra e vermiculita, 1:1) em copos descartáveis e cobertas por sacos plásticos por 7 a 10 dias, quando, de acordo com o desenvolvimento individual, foram realizados cortes nos sacos plásticos. As plântulas foram mantidas em câmara de crescimento por 30 dias, nas condições já citadas de temperatura, fotoperíodo e intensidade luminosa. Após o período de aclimatação, as plantas foram transplantadas para vasos em casa de vegetação. 14 Figura 3 - Desenvolvimento de plântulas a partir de explantes submetidos à transformação genética, no período de desenvolvimento in vitro em meio seletivo. 3.4. Transformação genética via Agrobacterium Os procedimentos para a transformação genética via Agrobacterium foram realizados de acordo com Kanamori et al. (2009). Utilizou-se a linhagem EAH 105 de Agrobacterium tumefaciens, contendo o plasmídeo pCambia 3301. A bactéria foi crescida em meio YEP sólido, contendo canamicina a 28ºC. Após um período de aproximadamente 12 horas, uma colônia isolada foi transferida para o meio YEP líquido com o antibiótico e crescida por 24 horas.Transferiram-se 100 µL da pré cultura para 100 mL de meio YEP com antibiótico e manteve-se por 1 dia sob agitação constante, a 28ºC. Para o co-cultivo, a densidade óptica foi ajustada para 0,8, a uma absorbância de 600 nm. A suspensão bacteriana foi centrifugada e o pellet formado foi ressuspendido em meio C líquido (metade da concentração de sais MS, vitaminas B5, MES, sucrose, 5 mg mL-1 benzil-aminopurina, 1 M acetoseringona, 1M tiosulfato de sódio, 1 M DTT. pH 5,4)(Kanamori et al., 2009). Sementes de soja da cultivar CD 217 foram esterilizadas e embebidas de acordo com os procedimentos previamente descritos no item 3.2. Em fluxo laminar, os eixos embrionários foram isolados e os primórdios foliares excisados. 15 Os explantes foram imersos na suspensão bacteriana suspendida em meio C, onde permaneceram por 30 minutos. Após, foram colocados sobre papel filtro estéril para retirada do excesso de umidade e, em seguida, transferidos para meio C sólido (solidificado com phytagel) (Kanamori et al., 2009), suplementado com as concentrações de ácido lipóico em teste (grupo controle, 50, 100, 250 e 500 µM). Foram acondicionados 50 eixos por placa. Depois de cinco dias de co-cultivo a 24±1°C, os explantes foram lavados em água destilada estéril contendo 50 mg L-1 de meropenem, colocados sobre papel filtro e acondicionados em meio S1 sólido (sais MS, vitamina B5, MES, sucrose, phytagel, 12,5 mg mL-1 meropenem. pH 5,7), mantidos em câmara de crescimento com as condições descritas anteriormente. Depois de duas semanas, os explantes foram transferidos para meio S2 (sais MS, vitamina B5, MES, sucrose, phytagel, 12,5 mg mL-1 meropenem, 10 mg mL-1 glufosinato de amônio. pH 5,7), onde permaneceram por mais duas semanas. Após o período de cultura in vitro, as plântulas bem desenvolvidas foram transferidas para substrato (terra e vermiculita, 1:1) e cobertas por sacos plásticos por sete a dez dias. As plântulas foram mantidas em câmara de crescimento por 30 dias, nas condições previamente citadas de temperatura, fotoperíodo e intensidade luminosa. Após o período de aclimatação, as plantas foram transplantadas para vasos em casa de vegetação. 3.5. Transformação genética via sistema integrado entre biobalística e Agrobacterium Para a desinfestação superficial, retirada do eixo embrionário e excisão dos primórdios foliares, foram utilizados os mesmos processos descritos anteriormente. Os procedimentos realizados para a transformação pelo sistema integrado foram descritos por Wiebke (2005), utilizando-se micropartículas de tungstênio sem DNA. Imediatamente após o tiro da biobalística, os eixos foram transferidos para um tubo que contém a suspensão bacteriana em meio C líquido e então, todos os procedimentos seguintes foram os mesmos realizados na transformação via Agrobacterium. Após o período de cultura in vitro, as plântulas bem desenvolvidas foram transferidas para substrato (terra e vermiculita, 1:1) e cobertas por sacos plásticos por 7 a 10 dias. As plântulas foram mantidas em câmara de crescimento por 30 dias, 16 nas condições previamente citadas de temperatura, fotoperíodo e intensidade luminosa. Após o período de aclimatação, as plantas foram transplantadas para vasos em casa de vegetação. 3.6. Eficiência da transformação genética Para avaliar a eficiência dos métodos de transformação, realizou-se o ensaio histoquímico GUS, de acordo com Jefferson (1987). Para cada método de transformação em teste, foram utilizados 100 eixos embrionários da cultivar CD 217, além dos eixos submetidos à transformação e regeneração. Os explantes foram transformados seguindo os procedimentos já descritos, e após o período de 48 horas para biobalística e 120 horas para transformação via Agrobacterium e sistema integrado, foram acondicionados em magentas contendo tampão GUS (50 mM NaPO4 – pH 7,0; 10 mM beta-Mercaptoetanol; 10 mM Na2EDTA; 0,1% lauril sarcosine de sódio; 0,1% de Triton X-100), onde permaneceram sob agitação constante de 200 rpm, a 37ºC por um período de aproximadamente 12 horas. Após este período, os eixos foram lavados duas vezes com álcool 70% e escorridos sobre papel filtro estéril. Com o auxílio de estereomicroscópio binocular, os eixos foram classificados de acordo com sua coloração. 3.7. Análise das plantas T0 Todas as plantas T0 que regeneraram em meio seletivo e foram aclimatadas em casa de vegetação foram usadas para o ensaio de resistência ao herbicida glufosinato de amônio. Aplicou-se, em duas folhas de cada planta, o herbicida glufosinato de amônio a 0,5% (Figura 4 A e B). Após um período de sete dias, as plantas foram avaliadas. A análise das plantas transformadas (T0) foi realizada, também, por reação em cadeia da polimerase (PCR) para detectar a presença do transgene pCambia 3301 nas plântulas. O DNA genômico foi extraído, utilizando o protocolo descrito por Doyle e Doyle (1990) modificado. Cada reação (20 µL) foi elaborada com 20 mM Tris-HCl (pH 8,4), 50 mM KCl, 3 mM MgCl2, 250 µM de cada desoxinucleotídeo 17 (dATP, dTTP, dGTP e dCTP), 1,0 U de Taq DNA polimerase, 30 ng de DNA e 0,2 µM de cada oligonucleotídeo iniciador específico para o primer BAR (5’- GAAGTCCAGCTGCCAGAAAC-3’ e 5-’GTCTGCACCATCGTCAACC-3’).Figura 4 - (A) Delimitação da área foliar para aplicação do glufosinato de amônio. (B) Aplicação de glufosinato de amônio 0,5% nas folhas selecionadas. As reações foram submetidas ao seguinte programa de temperaturas: 3 minutos a 94ºC, seguido de 35 ciclos de amplificação (30 segundos a 94ºC; 30 segundos a 58ºC; 40 segundos a 72ºC) e extensão final de 7 minutos a 72ºC, em termociclador Hybaid modelo Express. Os produtos da PCR foram submetidos à eletroforese em tampão SB 0,5X (Brody e Kern, 2004) em gel de agarose 0,8% (p/v) com brometo de etídio (0,5 µg mL-1) e visualizados com luz ultravioleta em aparelho de fotodocumentação (Vilber Loumat, Marne-la-Vallee, França). 3.8. Análise da segregação dos possíveis transgenes Em casa de vegetação, todas as sementes obtidas a partir das plantas T0 transformadas via biobalística e Agrobacterium foram semeadas em bandejas de isopor de 72 células, em substrato composto por terra:areia (1:1) e 5% húmus, sendo adicionada uma semente por célula. Aproximadamente 15 dias após o plantio, quando as plantas apresentavam-se no estádio fisiológico V1 (Figura 5), borrifou-se A B 18 glufosinato de amônio 0,5% sobre as plântulas, a fim de verificar a possível segregação do gene. Figura 5 - Plantas no período de desenvolvimento V1, fase em que ocorreu a aplicação do herbicida glufosinato de amônio 0,5%. Sete dias após a aplicação, foi realizada a análise da tolerância das plântulas ao herbicida. 19 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 4.1. Eficiência da transformação via expressão transiente GUS A realização de ensaio histoquímico para o gene GUS envolve uma série de variáveis que podem afetar a localização histoquímica, incluindo todos os aspectos de preparação do tecido, fixação e a reação em si (Jefferson, 1987). Quando se realiza a transformação de plantas com o gene GUS, há possíveis padrões de expressão diferentes, expressos pela coloração. Os eixos embrionários foram classificados de acordo com a sua coloração (Figura 6). Figura 6 - (A) Eixos embrionários apresentando manchas azuladas. (B) Eixos embrionários com pontos azuis. Nos testes realizados para a eficiência da transformação, foram observados diferentes padrões de expressão, que variaram de pontos a manchas azuis. Ambas as formas de expressão confirmam a eficiência dos métodos em teste. No entanto, os pontos azuis são essencialmente limitados à região meristemática do explante, o que aumentaria a possibilidade de uma planta transgênica em relação às manchas. No Quadro 1, estão apresentados os resultados da análise de expressão transiente do gene GUS para os três métodos de transformação utilizados. O sistema integrado de transformação apresentou atividade gus maior que o método que utiliza somente o bombardeamento de partículas – biobalística ou Agrobacterium. Para o sistema integrado, a expressão transiente do gene GUS ocorreu em quantidade superior de eixos embrionários e em maior área por eixo. Além disso, a quantidade de eixos que não apresentou coloração foi menor para o método integrado. A B 20 Quadro 1 - Classificação dos eixos embrionários submetidos ao ensaio GUS de acordo com a coloração apresentada na análise de expressão transiente dos três métodos de transformação avaliados Biobalística Agrobacterium Sistema integrado Ausência de coloração 16 41 6 Pontos azuis - 14 26 Manchas azuis 84 45 51 Pontos e manchas azuis - - 17 Os resultados obtidos, conforme Quadro 1, diferem dos resultados de Droste et al. (2000), que utilizaram o sistema integrado e a biobalística para transformação de clumps embriogênicos de soja, obtidos a partir do desenvolvimento de cotilédones imaturos. De acordo com os dados destes autores, a eficiência da transformação pelo sistema integrado foi menor que a biobalística, pois, além de apresentarem baixo número de pontos azuis, estes não apresentam coloração tão intensa quando transformados pelo sistema integrado. Mesmo considerando baixa a eficiência do método integrado quando comparado ao método que utiliza somente o bombardeamento de partículas, Droste et al. (2000) consideraram o método integrado de bombardeamento uma alternativa promissora para a transformação de tecidos embriogênicos de soja. May et al. (1995) obtiveram plantas transformadas de banana a partir da inoculação de Agrobacterium em meristemas previamente bombardeados com micropartículas. Bidney et al. (1992) observaram que folhas de tabaco e meristemas de girassol têm sua frequência de transformação aumentada quando a inoculação da Agrobacterium ocorre após o processo de bombardeamento. Apesar das diferenças relacionadas à espécie vegetal, condição fisiológica do explante, tipo do explante e sistema de cultura, observa-se que os microferimentos causados pelo bombardeamento das partículas podem melhorar significativamente a eficiência da transformação mediada por Agrobacterium em diferentes tipos de tecidos (Droste et al., 1994). A produção de plantas transgênicas de soja pela transformação via Agrobacterium também foi alcançada a partir de nós cotiledonares (Hinchee et al., 21 1988), cotilédones imaturos (Parrott et al., 1994) e culturas embriogênicas em suspensão (Trick e Finer, 1998). Este método é genótipo-dependente em termos de susceptibilidade à Agrobacterium tumefaciens e à resposta quanto à regeneração das plantas (Owens e Cress, 1985; Hinchee et al., 1988; Delzer et al., 1990). Além disso, requer considerável habilidade para alcançar a infecção de células do tecido alvo com Agrobacterium (Zhang et al., 1999). 4.2. Regeneração de plantas Na Figura 7, estão apresentados os resultados da regeneração de plantas em cada método de transformação, com as diferentes concentrações de ácido lipóico. Figura 7 - Plantas regeneradas a partir dos métodos de transformação avaliados, em diferentes concentrações do ácido lipóico. Os dados obtidos a partir da regeneração das plantas foram submetidos ao teste de normalidade de Lilliefors. Por não atenderem às pressuposições básicas, 22 não foi possível realizar a análise de variância e regressão para os mesmos. Por este motivo, os resultados foram analisados a partir de estatística descritiva. Para todas as concentrações de ácido lipóico testadas nos métodos de transformação, a taxa de regeneração de explantes foi baixa. No método da biobalística, as três plantas obtidas não foram suficientes para justificar a adição do ácido lipóico nas etapas de regeneração. A regeneração de plantas submetidas às transformações via Agrobacterium e sistema integrado mostrou-se mais eficiente que o método que utiliza somente a biobalística. No método integrado, a concentração de 50 µM foi a que apresentou maior número de plantas regeneradas, enquanto no método da Agrobacterium as concentrações com melhores resultados variaram entre 50 a 250 µM do ácido. Dan et al. (2009) trabalharam com transformação via Agrobacterium em soja e observaram que a concentração de 100 µM foi mais eficiente para o número de explantes regenerados, enquanto as concentrações 250 e 500 µM apresentaram-se superiores no que se refere à eficiência da transformação. Comparando os métodos integrado e biobalística, observa-se que o estresse causado pelo bombardeamento de micropartículas é alto, o que pode ser responsável pela baixa quantidade de plantas obtidas. Contudo, o bombardeamento também é utilizado no sistema integrado, embora neste método a quantidade de explantes regeneradosfoi alta. Dan (2008) e Dan et al. (2009) avaliaram a adição do antioxidante em transformações via Agrobacterium, obtendo resultados satisfatórios que justificam seu uso nas etapas de regeneração dos explantes. A diferença observada quanto a quantidade de plantas regeneradas pelos dois métodos (biobalística e sistema integrado) pode sugerir que o uso do ácido lipóico seja eficiente em sistemas de transformação que envolvam Agrobacterium, sendo que, para as transformações que utilizam somente o bombardeamento de partículas, outro antioxidante deva ser testado, sendo mais adequado a este método de transformação. A concentração de 500 µM não foi eficiente para a regeneração dos explantes, o que pode indicar que concentrações elevadas tornam-se tóxicas ou não favoráveis ao desenvolvimento dos explantes. Estes resultados também foram verificados por Dan et al. (2009), que observaram redução na quantidade de regenerantes na concentração de 500 µM . 23 A baixa quantidade de plantas regeneradas em relação aos resultados do ensaio GUS pode ser justificada pelo fato de que uma sequência de DNA introduzida em uma célula pode vir a ser transcrita, mesmo sem estar integrada ao genoma. A maior intensidade da expressão gênica transiente é, geralmente, observada de 24 a 72 horas após a transferência, não sendo detectada após uma semana (Lacorte et al., 1999). Nos sistemas de transferência direta de DNA, um fator limitante para a obtenção de plantas transgênicas é a baixa frequência de integração estável do DNA. Esta integração pode variar de menos de 1% a 5% das células inicialmente transformadas. Portanto, a maior parte da expressão gênica detectada 24 ou 72 horas após a transformação é transiente e não existe uma relação direta entre o nível de expressão transiente e a frequência de integração (Birch e Franks, 1991), o que pode justificar a grande diferença entre a expressão GUS e a eficiência na obtenção de plantas pelo sistema da biobalística. 4.3. Análise molecular e ensaio com glufosinato de amônio nas plantas T0 e T1 Os testes com glufosinato de amônio nas plantas T0 revelam que, das 138 plantas testadas, apenas uma apresentou sinais de tolerância ao herbicida, por não apresentar efeitos negativos após a aplicação deste (Figura 8). Esta planta foi obtida pela transformação via Agrobacterium e regenerada em meio suplementado com 100 µM de ácido lipóico. Apresentou tecidos transgênicos e tecidos não transformados, uma vez que uma das folhas em que foi aplicado glufosinato de amônio foi tolerante ao herbicida e a outra folha foi suscetível (Figura 8). Este resultado caracteriza o quimerismo que pode ocorrer quando se realiza transformação genética em tecido multicelular. Esta planta quimérica também não amplificou o fragmento correspondente ao marcador utilizado, o que sugere que o tecido amostrado para análise de DNA também não contenha o transgene. Outra planta (amostra 2 na Figura 9) suscetível ao herbicida apresentou banda referente ao marcador do gene bar (Figura 9), indicando que as folhas em que foi aplicado o glufosinato de amônio eram formadas por tecido não transformado e a folha coletada para análise de DNA era transgênica. Esta planta também é quimérica e foi transformada pelo sistema Agrobacterium e também regenerada em meio suplementado com 100 µM de ácido lipóico. 24 Figura 8 - Planta T0 após aplicação de glufosinato de amônio (GA) 0,5%; realizada nas folhas com áreas marcadas. As folhas indicadas com as setas receberam aplicação do herbicida. Observa-se que uma das folhas avaliadas é transgênica, e apresenta tolerância ao GA, e a outra não, apresentando suscetibilidade ao GA. Para os métodos de transformação avaliados, apenas o sistema via Agrobacterium apresentou plantas transformadas, com 0,4% de transformantes, e todas as plantas obtidas foram quiméricas. Figura 9 - Resultados da análise molecular. (M): marcador de peso molecular de 100 pb (pares de base); (1): controle positivo – plasmídeo pCambia 3301; (2) planta transformada via Agrobacterium; (3) e (4): plantas transformadas pelo sistema integrado, e suscetíveis na avaliação com glufosinato de amônio ; (5): controle negativo para plantas transformadas – CD 217 convencional. 25 As amostras identificadas como 3 e 4 na Figura 9, transformadas pelo sistema integrado, não apresentaram bandas referentes ao plasmídio, o que indica que não são plantas transgênicas. Estas plantas podem ser escapes, pois regeneraram em meio contendo glufosinato de amônio. Podem também ser quimeras e, neste caso, tanto as folhas utilizadas para o teste com glufosinato de amônio quanto a folha utilizada para análise de DNA são tecido não transformado, mas podem haver tecidos transformados nestas plantas. Para fins de análise dos dados, estas plantas foram consideradas escapes (não transgênicas). Em muitos procedimentos de transformação de plantas, o número de regenerantes não-transgênicos pode ser alto o suficiente para ser considerado um problema. Elevar a concentração do agente seletivo é uma estratégia para superar a geração de escapes (Niu et al., 2000), contudo, em alguns casos, alta concentração do agente seletivo pode inibir a proliferação de células transformadas, assim como de não-transformadas (Harjeet e Raina, 1997). Tecidos transformados podem abrigar células transformadas e não transformadas. Como resultado, a planta regenerada pode ser uma quimera para os transgenes. O problema do quimerismo parece ser mais frequente do que originalmente imaginado e tem sido relatado em muitas espécies, incluindo tabaco (Schmülling e Schell, 1993), soja (Christou, 1990), batata (Rakosy-Tican et al., 2007) e arroz (Christou e Ford, 1995). Quimeras são também recuperadas com alta frequência em árvores frutíferas, tais como maçã e Citrus, para o qual o escapes e quimeras são responsáveis por 90% das linhas regeneradas (Costa et al., 2002; Domínguez et al., 2004). Na obtenção de plantas via organogênese, a ocorrência de quimerismo pode ser explicada mais plausivelmente pela sua origem multicelular (Poethig, 1989). O desenvolvimento de quimeras e escapes pode, ainda, resultar da expressão transiente do gene marcador durante os estágios iniciais de regeneração, além da presença e/ou persistência da Agrobacterium em células de tecidos infectados (Faize et al., 2010). Quimeras também podem ser consequência da proteção de células não transgênicas que circundam as células transformadas (Domínguez et al., 2004) ou da ineficácia dos agentes seletivos em espécies com tolerância endógena (Rakosy- Tican et al., 2007). 26 Para as plantas obtidas neste trabalho, o quimerismo pode ter ocorrido pelo fato do agente de seleção ser um herbicida de contato. As células que estão em contato com o meio seletivo estão sob seleção e, em sua grande maioria, são transgênicos. As células que não estão em contato com o meio seletivo não são necessariamente transgênicas e podem regenerar plantas, desde que os tecidos que estão em contato com o meio seletivo sejam transgênicos. Em sistemas de transformação que apresentem possibilidade alta de quimerismo, as sementes obtidas das plantas T0 (sementes T1) devem ser avaliadas para a presença dos transgenes, pois as sementes podem ser obtidas tanto a partir de tecidos transformados como a partir de tecidos não transformados. As sementes T1 obtidas a partir das plantas T0 pelos métodos de transformação via biobalística e Agrobacterium foram submetidas à aplicação do glufosinato de amônio 0,5%.As 189 sementes obtidas a partir das 3 plantas da biobalística e as 5.175 sementes obtidas a partir das 65 plantas do sistema Agrobacterium geraram plantas que foram sensíveis ao herbicida, indicando que o método da biobalística não gerou plantas transgênicas. Já as plantas quiméricas do sistema Agrobacterium geraram sementes a partir de regiões não transgênicas, o que justifica a sensibilidade ao agente seletivo. 27 5. CONCLUSÕES Os métodos de transformação via Agrobacterium e sistema integrado mostraram-se mais eficientes para a obtenção de plantas regeneradas que o método que utiliza somente a biobalística. Para estes métodos de transformação, a adição do ácido lipóico contribuiu para a regeneração nas concentrações de 50 a 250 µM para o método de Agrobacterium e 50 µM para o sistema integrado. Embora na avaliação transiente da expressão do gene GUS foram obtidas altas taxas de eficiência das transformações, não foram obtidas plantas transgênicas para os métodos de biobalística e integrado. Para o método de Agrobacterium, a eficiência na obtenção de plantas transgênicas foi de 0,4%. Todas as plantas transgênicas obtidas eram quiméricas e não produziram sementes transgênicas. 28 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AGROLINK. Brasil tem novo recorde na adoção de lavouras transgênicas. Disponível em: http://www.agrolink.com.br/culturas/soja/noticia/brasil-tem-novo- recorde-na-adocao-de-lavouras-transgenicas_133944.html. Acesso em: 07, agosto, 2011. ALBERGONI, L.; PELAEZ, V. Da revolução verde à agrobiotecnologia: ruptura ou continuidade dos paradigmas? Revista de Economia, 33:31-53, 2007. ANDRADE, S.R.M. Transformação de plantas. Planaltina: Embrapa Cerrados, 2003. 28p. 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