Molecular regulation of cork development: the QsMYB1 gene

Abstract

Cork is a natural and renewable material obtained as a sustainable product from cork oak (Quercus suber L.) during the tree’s life. Cork formation is a secondary growth derived process resulting from the activity of cork cambium. However, despite its economic importance, only very limited knowledge is available about the molecular mechanisms underlying the regulation of cork biosynthesis and differentiation. The work of this PhD thesis was focused on the characterization of an R2R3-MYB transcription factor, the QsMYB1, previously identified as being putatively involved in the regulatory network of cork development. The first chapter introduces cork oak and secondary growth, with special emphasis on cork biosynthesis. Some findings concerning transcriptional regulation of secondary growth are also described. The MYB superfamily and the R2R3-MYB family (in particular) of transcription factors are introduced. Chapter II presents the complete QsMYB1 gene structure with the identification of two alternative splicing variants. Moreover, the results of QsMYB1 expression analysis, done by real-time PCR, in several organs and tissues of cork oak are also reported. Chapter III is dedicate to study the influence of abiotic stresses (drought and high temperature) and recovery on QsMYB1 expression levels. The effects of exogenous application of phytohormones on the expression profile of QsMYB1 gene are evaluated on Chapter IV. Chapter V describes the reverse genetic approach to obtain transgenic lines of Populus tremula L. x tremulóides Michx. overexpressing the QsMYB1 gene. Finally, in Chapter VI the final conclusions of this PhD thesis are presented and some future research directions are pointed based on the obtained results.

A cortiça é um material natural e renovável obtido de forma sustentável a partir do sobreiro (Quercus suber L.) ao longo do ciclo de vida da árvore. A formação da cortiça deriva do crescimento secundário resultante da atividade do câmbio cortical. No entanto, apesar da sua importância económica, o conhecimento dos mecanismos moleculares subjacentes à regulação do desenvolvimento e diferenciação da cortiça é ainda limitado. O trabalho desta Tese de Doutoramento teve como objetivo a caracterização de um fator de transcrição da família R2R3-MYB, o QsMYB1, anteriormente identificado como estando potencialmente envolvido na rede regulatória do desenvolvimento da cortiça. O primeiro capítulo faz uma introdução ao sobreiro e ao crescimento secundário, com especial ênfase na biossíntese da cortiça. São ainda descritos alguns estudos referentes à regulação do crescimento secundário ao nível da transcrição. São também introduzidas a superfamília de fatores de transcrição MYB e a família R2R3-MYB (em particular). No Capítulo II é apresentada a estrutura completa do gene QsMYB1, com identificação de duas variantes de “splicing” alternativo. São ainda descritos os resultados da análise de expressão do gene QsMYB1, realizada por PCR em tempo real, em vários tecidos e orgãos de sobreiro. O Capítulo III é dedicado ao estudo da influência de stresses abióticos (seca e temperatura elevada) e recuperação, nos níveis de expressão do gene QsMYB1. Os efeitos da aplicação exógena de fito-hormonas, no perfil de expressão de QsMYB1, são apresentados no Capítulo IV. No Capítulo V é descrita a abordagem de genética reversa com vista à sobreexpressão do gene QsMYB1 em linhas transgénicas de Populus tremula L. x tremulóides Michx. Finalmente, no Capítulo VI são apresentadas as conclusões finais desta Tese e são apontadas algumas linhas de investigação futura baseadas nos resultados obtidos.