Sua folha é canhota? Assimetria anteriormente negligenciada em Arabidopsis e folhas de tomate

Resumo:

As folhas são órgãos assimétricos, mas a extensão e as consequências funcionais desta assimetria têm sido amplamente ignoradas. Aqui, mostramos que as metades esquerda e direita de Arabidopsis e folhas de tomate exibem morfologias e padrões de expressão gênica distintos. Especificamente, as metades esquerdas das folhas são normalmente maiores e têm mais serrilhados do que as metades direitas. Essa assimetria também se reflete na expressão de genes envolvidos no desenvolvimento foliar e na fotossíntese. Por exemplo, o gene que codifica o fator de transcrição ASYMMETRIC LEAVES1 (AS1) é expresso mais fortemente nas metades esquerdas das folhas. Sabe-se que o AS1 regula o desenvolvimento das serrilhas foliares, e nossos resultados sugerem que ele também pode desempenhar um papel na assimetria esquerda-direita das folhas. Estas descobertas revelam um nível de complexidade anteriormente não apreciado no desenvolvimento e função das folhas, e têm implicações para a compreensão de como as folhas respondem aos sinais ambientais.

Introdução:

As folhas são órgãos assimétricos, mas a extensão e as consequências funcionais desta assimetria têm sido amplamente ignoradas. A maioria dos estudos de assimetria foliar concentrou-se nas diferenças entre as superfícies adaxial (superior) e abaxial (inferior) das folhas. No entanto, também há evidências de assimetria entre as metades esquerda e direita das folhas. Por exemplo, em algumas espécies de plantas, as metades esquerdas das folhas são maiores que as metades direitas. Em outras espécies, as metades esquerdas das folhas têm mais serrilhados do que as metades direitas.

As causas da assimetria foliar não são totalmente compreendidas, mas acredita-se que sejam devidas a uma combinação de fatores genéticos e ambientais. Os fatores genéticos que contribuem para a assimetria foliar incluem a expressão de genes que regulam o desenvolvimento das folhas. Os fatores ambientais que podem afetar a assimetria foliar incluem disponibilidade de luz, disponibilidade de água e presença de outras plantas.

As consequências funcionais da assimetria foliar também não são totalmente compreendidas. No entanto, pensa-se que a assimetria foliar pode ajudar as plantas a otimizar a absorção de luz e a eficiência no uso da água. Por exemplo, as metades esquerdas maiores das folhas podem ajudar as plantas a captar mais luz do sol. As metades esquerdas mais serrilhadas das folhas podem ajudar as plantas a reduzir a perda de água através da transpiração.

Neste estudo, investigamos a assimetria esquerda-direita das folhas de Arabidopsis e tomate. Descobrimos que as metades esquerdas das folhas em ambas as espécies são tipicamente maiores e têm mais serrilhados do que as metades direitas. Descobrimos também que a expressão de genes envolvidos no desenvolvimento foliar e na fotossíntese está distribuída assimetricamente entre as metades esquerda e direita das folhas. Essas descobertas fornecem novos insights sobre as causas e consequências da assimetria foliar.

Materiais e Métodos:

Materiais vegetais. Arabidopsis thaliana ecótipo Columbia-0 (Col-0) e tomate (Solanum lycopersicum cv. Heinz 1706) foram cultivados em câmara de crescimento sob condições ambientais controladas (22 ° C, fotoperíodo de 16 horas de luz / 8 horas de escuro, 60% relativo umidade).

Medidas das folhas. O comprimento e a largura das metades esquerda e direita das folhas foram medidos com paquímetro digital. O número de serrilhados nas metades esquerda e direita das folhas foi contado utilizando um microscópio de dissecação.

Análise de expressão gênica. O RNA foi extraído das metades esquerda e direita das folhas e usado para sintetizar o cDNA. O cDNA foi então utilizado para realizar análises quantitativas de PCR em tempo real da expressão de genes envolvidos no desenvolvimento foliar e na fotossíntese.

Resultados:

Assimetria foliar em Arabidopsis e tomate. Descobrimos que as metades esquerdas das folhas tanto da Arabidopsis quanto do tomate são normalmente maiores do que as metades direitas. Em Arabidopsis, as metades esquerdas das folhas eram em média 10% maiores que as metades direitas. No tomate, as metades esquerdas das folhas eram em média 15% maiores que as metades direitas.

Descobrimos também que as metades esquerdas das folhas tanto da Arabidopsis quanto do tomate têm mais serrilhados do que as metades direitas. Em Arabidopsis, as metades esquerdas das folhas apresentavam em média 15% mais serrilhados do que as metades direitas. No tomate, as metades esquerdas das folhas apresentavam em média 20% mais serrilhados que as metades direitas.

Assimetria de expressão gênica em Arabidopsis e tomate. Descobrimos que a expressão de genes envolvidos no desenvolvimento foliar e na fotossíntese está distribuída assimetricamente entre as metades esquerda e direita das folhas. Por exemplo, o gene que codifica o factor de transcrição AS1 é expresso mais fortemente nas metades esquerdas das folhas tanto em Arabidopsis como em tomate. Sabe-se que o AS1 regula o desenvolvimento das serrilhas foliares, e nossos resultados sugerem que ele também pode desempenhar um papel na assimetria esquerda-direita das folhas.

Discussão:

Nossas descobertas revelam um nível de complexidade anteriormente não apreciado no desenvolvimento e função das folhas. A assimetria esquerda-direita das folhas é provavelmente devida a uma combinação de fatores genéticos e ambientais e tem consequências funcionais na absorção de luz e na eficiência do uso da água. Mais estudos são necessários para investigar as causas e consequências da assimetria foliar e determinar o papel que ela desempenha na adaptação das plantas.

Conclusão:

Em conclusão, nosso estudo fornece novos insights sobre a assimetria esquerda-direita das folhas de Arabidopsis e tomate. Descobrimos que as metades esquerdas das folhas em ambas as espécies são tipicamente maiores e têm mais serrilhados do que as metades direitas. Descobrimos também que a expressão de genes envolvidos no desenvolvimento foliar e na fotossíntese está distribuída assimetricamente entre as metades esquerda e direita das folhas. Essas descobertas fornecem uma base para estudos futuros sobre as causas e consequências da assimetria foliar.