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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.41.2018.tde-22102018-151726
Document
Author
Full name
Karina Bertechine Gagliardi
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2018
Supervisor
Committee
Demarco, Diego (President)
Almeida, Odair José Garcia de
Baena, Mariane Silveira de Sousa
Cordeiro, Inês
Gustavson, Poliana Cardoso
Title in English
Flower evolution in species of Croton L. (Euphorbiaceae): ontogeny and global profile of gene expression
Keywords in English
Auxin
Flower development
Nectary
Reproductive structure
RNAseq
Staminodes
Vasculature
Abstract in English
The Euphorbiaceae are notable for floral and inflorescence diversity and evolutionary complexity. Croton, is the second largest genus in the family and exhibits particular diversity in its flowers, especially regarding perianth and number of stamens, besides the inflorescences, which are also very diverse. Considering Croton's great variability in the reproductive structures, the aim of this thesis was to study flowers and inflorescences with an evolutionary approach, including morphology, ontogeny, vasculature, auxin regulation and genetic expression. Flowers in several stages of development were analyzed using light microscopy and scanning electron microscopy. Inflorescences were analyzed in stereomicroscope and the traits were plotted on the most recent phylogeny of the genus. The genetic expression was tested using RNAseq. In the first chapter the flowers showed similarity in the initiation of sepals and the presence of filamentous, petaloid structures in Croton lundianus (Didr.) Müll. Arg., interpreted here as staminodes. In Croton sphaerogynus Baill., staminodes were described for the first time. The staminodes reported here could be interpreted as transitional structures that we considered as evolutionary reductions. In the second chapter, the staminate flowers showed polystemonous androecium and the delay in petals' initiation and the antesepalous nectaries development interfered in the development of the stamens, characterizing obdiplostemony. Vasculature corroborated obdiplostemony and revealed a central stamen in C. fuscescens with carpelar features, interpreted here as a homeosis case. Glandular staminodes were registered and interpreted as a heterotopy case. The obdiplostemony may be related to modulation of the free IAA concentrations during floral developmental steps and Croton flowers can be used as good models for obdiplostemony, homeosis and heterotopy. In the third and fourth chapter we studied Croton inflorescences, which showed 17 patterns with differences on the organization and distribution of pistillate flowers. The inflorescence traits analyzed were very homoplastic, most likely determined by convergent evolution in distantly related lineages distributed in similar habitats. The genetic expression of C. fuscescens was particularly analyzed and the transcriptome showed that the different zones have their development guided through the same transcripts set. Each zone has different expression level and these variations and gradient could be interpreted as the boundary between each inflorescence zone. The floral developmental novelties and evolutionary links identified here raise the importance of future floral studies with the genus, what would bring a better understanding on how the reproductive structures evolved in the history of the group
Title in Portuguese
Evolução floral em espécies de Croton L. (Euphorbiaceae): ontogênese e perfil global da expressão gênica
Keywords in Portuguese
Desenvolvimento floral
Estaminódio
Estruturas reprodutivas
Nectário
RNAseq
Vascularização
Abstract in Portuguese
Euphorbiaceae é uma família que recebe destaque quanto à diversidade de flores e inflorescências, além de sua complexidade evolutiva. Croton L. é o segundo maior gênero da família e exibe particular diversidade floral, em especial quanto a o perianto e número de estames, além das inflorescências, que também se apresentam muito diversas. Considerando a grande variação nas estruturas reprodutivas de Croton, o objetivo desta tese foi estudar as flores e inflorescências com abordagem evolutiva, incluindo morfologia, ontogênese, vascularização, regulação hormonal e expressão gênica. Flores em diversos estágios de desenvolvimento foram analisadas em microscopia der luz e varredura. Inflorescências foram estudadas em estereomicroscópio e os caracteres observados foram analisados nas filogenias mais recentes do grupo. A expressão gênica foi analisada com a técnica RNAseq. No primeiro capítulo as flores apresentaram semelhanças na iniciação das sépalas e presença de filamentos, estruturas petaloides em Croton lundianus (Didr.) Müll. Arg., interpretadas como estaminódios. Em Croton sphaerogynus Baill., estaminódios foram descritos pela primeira vez. Estas estruturas podem ser interpretadas como estruturas de transição evolutiva e reduções florais. No segundo capítulo as flores estaminadas apresentaram androceu polistêmone e o retardo na iniciação das pétalas e o desenvolvimento antessépalo dos nectários foram considerados como fatores chave para o desenvolvimento do androceu como obdiplostêmone. A vascularização corroborou a obdiplostemonia e revelou um estame central com características carpelares em C. fuscescens, interpretado aqui como um caso de homeose. Nectários glandulares foram registrados e interpretados como uma mudança heterotópica. A obdiplostemonia pode estar relacionada com as diferentes concentrações de auxina ao longo das etapas de desenvolvimento e as flores de Croton podem ser consideradas como bons modelos de obdiplostemonia, homeose e heterotopia. No terceiro e quarto capítulo nós investigamos as inflorescências de Croton, que apresentaram 17 padrões com diferenças na organização e distribuição das flores pistiladas especialmente. Os caracteres das inflorescências se mostraram homoplásticos e provavelmente determinados por evolução convergente em linhagens distantes distribuídas em habitats semelhantes. A expressão gênica de C. fuscescens foi particularmente analisada e o transcriptoma demonstrou que o desenvolvimento das diferentes zonas é regulado pelo mesmo conjunto gênico. Cada zona, pistilada ou estaminada, apresenta níveis distintos de expressão diferencial e o gradiente na expressão pode ser o delimitador entre as zonas. Os novos relatos quanto ao desenvolvimento floral em Croton e os links evolutivos identificados nesta tese levanta a importância de estudos para uma melhor compreensão sobre a evolução das estruturas reprodutivas neste grupo tão importante
 
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Release Date
2020-10-22
Publishing Date
2018-10-31
 
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