Ensaios de poliploidização in vitro em vários explantes de tamarilho (Cyphomandra betacea (Cav.) Sendt)

Abstract

A poliploidização é um dos processos mais importantes na evolução das plantas. É também um processo amplamente explorado no melhoramento vegetal, uma vez que permite obter plantas com características mais interessantes do ponto de vista comercial, como flores ou frutos maiores, produzir variedades sem sementes, contornar as barreiras da hibridização, ou ainda, aumentar os níveis de metabólitos secundários. Existem várias formas de se obterem plantas poliplóides. Uma dessas formas é através da exposição de vários tipos de material vegetal a agentes antimitóticos. O tamarilho (Cyphomandra betacea (Cav.) Sendt) é uma espécie diplóide (2n = 2x = 24 cromossomas), com um crescente interesse económico, uma vez que os seus frutos são pouco calóricos e representam uma excelente fonte de provitamina A e vitaminas B6, C, E. Contêm ainda níveis elevados de proteínas, pectinas, fibras, ferro, cálcio e fósforo. Contudo e apesar de apresentar um grande potencial agrícola, o cultivo desta solanácea apresenta algumas limitações, tendo sido até agora pouco explorada. Neste trabalho foi avaliada a capacidade de indução de tetraploidia em ápices caulinares de plântulas, segmentos nodais, e embriões zigóticos de tamarilho. Estes explantes foram expostos a diferentes concentrações de colchicina, em meio líquido ou em meio sólido e durante vários períodos de tempo. O nível de ploidia das plantas regeneradas a partir dos diferentes explantes foi confirmado por citometria de fluxo e pela contagem de cromossomas. As características morfológicas e estomáticas das plantas tetraplóides obtidas foram comparadas com as plantas diplóides. Este estudo avaliou ainda a estabilidade do nível de ploidia de calos formados a partir de segmentos foliares, previamente expostos à colchicina e mantidos durante 5 meses em meio de indução de embriogénese somática. Os resultados demonstraram que a indução de poliploidia foi mais eficaz em segmentos nodais, com uma frequência de tetraplóides de 17,1%, enquanto os ápices caulinares apenas produziram cerca de 8,2% de plantas tetraplóides. Em ambos os explantes os melhores resultados foram obtidos com concentrações de colchicina de 2500 e 3000 μM (meio líquido) durante 5 dias. Não foi possível obter plantas tetraplóides a partir da regeneração dos embriões zigóticos, contudo foi conseguida uma taxa elevada de plantas mixoplóides. A análise morfológica revelou que as plantas tetraplóides possuem um desenvolvimento mais lento, em comparação com as plantas diplóides. Estas plantas apresentaram uma altura mais baixa e um sistema radicular menos desenvolvido. As plantas tetraplóides apresentaram ainda estomas maiores e um número de cloroplastos por células-guarda superior às plantas diplóides. Em contraste, as plantas diplóides possuíram uma densidade estomática maior. A análise do nível de ploidia dos calos formados a partir de segmentos foliares revelou que existem alterações no nível de ploidia. Contudo ficou provado que não foi a colchicina que teve efeito neste resultado, mas sim o tempo de cultura no meio de indução de embriogénese somática. Em conclusão, este estudo forneceu novas perspectivas para a produção de plantas tetraplóides de tamarilho. As plantas obtidas serão avaliadas quanto à sua performance e poderão ser utilizadas em vários programas de melhoramento desta espécie.

Poliploidization is one of the most important phenomena in plant evolution. It is also a highly explored process in plant breeding, since it allows the production of plants with more interesting characteristics from a commercial point of view, such as bigger fruits or flowers, seedless varieties, to overcome hybridization barriers or even increasing levels of secondary metabolites. There are many ways to obtain polyploids plants. One of those ways is through the exposure of different tissues to antimitotic agents. Tamarillo (Cyphomandra betacea (Cav.) Sendt) is a diploid species (2n = 2x = 24 chromosomes), with a growing economic interest, since its fruits have small amounts of calories and are an excellent source of provitamin A, and vitamins B6, C and E. It has also high levels of proteins, pectins, iron, calcium and phosphorus. Despite its great agricultural potential, the cultivation of this nighshade has some restrictions and, consequently, it has been little explored so far. In this work, the capacity to induce tetraploidy in seedlings shoot-tips, nodal segments and zygotic embryos was evaluated. These explants were exposed to different colchicine concentrations, in liquid or solid mediums, during different incubation periods. Ploidy levels of the plants regenerated from the different explants were evaluated using flow cytometry and further confirmed using chromosome counts. The morphological and stomatal characteristics of the obtained tetraploid plants were compared with those from diploid plants. This study also evaluated the stability of the ploidy levels of the callus formed from leaves sections previously exposed to colchicine, and kept for 5 months in a somatic embryogenesis induction medium. The results showed that the ploidy induction was more efficient in nodal segments, with a frequency of obtained tetraploids of 17.1%, while shoot-tips only produced c.a. 8.2%. In both explants the best results were obtained with colchicine concentrations of 2500 and 3500 μM (liquid medium) during 5 days. Through the regeneration of zygotic embryos it was not possible to obtain tetraploid plants; however a high level of mixoploid plants was obtained. The morphological analysis revealed that tetraploid plants undergo a slower development when compared with diploid plants. In particular, these tetraploid plants have a lower height and a less developed radicular system. Those plants also have bigger stomata and a higher number of chloroplasts per guard cells. In contrast, diploid plants have a greater stomatical density. The analysis of the ploidy levels of the callus formed from leaves sections showed changes in the ploidy levels. However this result was not due to colchicine itself, but to the period of incubation in the medium of somatic embryogenesis induction. This study provides new perspectives to the production of tamarillo tetraploid plants, with future plans focused in evaluating the performance and thus the commercial value of the resulting tetraploid plants, being of great value in several breeding programs.