Transcription of alternative oxidase (AOX) and plastid terminal oxidase (PTOX) during stress-regulated root tissue growth in Daucus carota L. - An approach to identify functional marker candidates for breeding on carrot yield stability

A presente tese explora a hipotese de utilizacao dos genes da oxidase alternativa (AOX) e da oxidase terminal da plastoquinona (PTOX) como genes-alvo para o desenvolvimento de marcadores funcionais (MF) para avaliar a performance do crescimento em cenoura, fator determinante da produtividade. Para avaliar se os referidos genes estao associados com o crescimento da cenoura procedeu—se ao seu isolamento e posterior analise dos seus perfis de transcricao em diversos sistemas biologicos. O sistema in vitro selecionado, denominado sistema de culturas primarias, permitiu avaliar alteracoes na quantidade de transcritos desses genes durante os processos de reprogramacao celular e crescimento. Ao nivel da planta foi tambem estudado o efeito do frio na expressao precoce dos genes AOX. Ambos os genes DcAOX1 e DcAOX2a revelaram uma resposta rapida e um padrao semelhante apos stresse (inoculacao in vitro e resposta ao frio). Foi igualmente verificado um incremento na expressao do gene DcPTOX durante a fase inicial do processo de reprogramacao celular. Estudos de expressao dos genes AOX durante o desenvolvimento da raiz da cenoura revelaram que o gene DcAOX2a sera potencialmente o gene mais envolvido neste processo. De modo a avaliar a hipotese de envolvimento do gene DcPTOX no crescimento da raiz procederam—se a estudos de expressao ao nivel do tecido meristematico. Todavia, para um mais completo entendimento da ligacao entre DcPTOX e o crescimento secundario e/ou acumulacao de carotenos, a expressao do gene DcPTOX foi tambem avaliada em raizes de cenoura durante o desenvolvimento, utilizando cultivares caracterizadas por distintos conteudos de carotenos. Os resultados obtidos demonstraram a associacao do gene DcPTOX a ambos os processos. O envolvimento da PTOX no crescimento adaptativo da raiz foi analisado com um ensaio que permitiu identificar, no tecido meristematico, uma resposta precoce do gene DcPTOX face a uma diminuicao da temperatura. Adicionalmente, foi efetuada a selecao de genes de referencia para uma analise precisa da expressao genica por RT-qPCR em diversos sistemas biologicos de cenoura, e a importância do seu estudo ao nivel do sistema biologico foi realcada. Os resultados desta tese sao encorajadores para prosseguir os estudos de utilizacao dos genes AOX e PTOX como MF no melhoramento da performance do crescimento adaptativo em cenoura, fator determinante para a produtividade; ABSTRACT: This thesis explores the hypothesis of using the alternative oxidase (AOX) and theplastid terminal oxidase (PTOX) as target genes for functional marker (FM) development for yield-determining growth performance in carrot. To understand if these genes are associated to growth, different AOX gene family members and the single PTOX gene were isolated, and their expression patterns evaluated in diverse carrot plant systems. An in-vitro primary culture system was selected to study AOX and PTOX transcript changes during cell reprogramming and growth performance. At plant level, a putative early response of AOX to chilling was also…