TÉCNICAS DE TRANSFORMAÇÃO E LINHAGENS De Agrobacterium rhizogenes NA PRODUÇÃO DE HAIRY ROOTS DE Ocimum basilicum L.

Autores

  • José Nicomedes Júnior nicomedes@petrobras.com.br
    Engenheiro Agrônomo, Centro de Pesquisa e Desenvolvimento Leopoldo Américo Miguêz de Mello, CENPES. Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro - RJ,
  • Roberta Cristiane Ribeiro robertacristiane@gmail.com
    Instituto de Educação, Ciência e Tecnologia de Mato Grosso http://orcid.org/0000-0002-9119-2460
  • Luis Louro Berbara berbara@ufrrj.br
    Universidade Federal Rural do Rio Janeiro (UFRRJ), Departamento de Solos, Seropédica - RJ, Brasil
  • Elvia Mariam Lis Martinez Stark mlistark@yahoo.com
    Engenheira Florestal, Departamento de Solos, Universidade Federal Rural do Rio Janeiro (UFRRJ), Seropédica – RJ, Brasil.
  • Wagner Campos Otoni wotoni@ufv.br
    Professor, Universidade Federal de Viçosa (UFV), Departamento de Biologia Vegetal, Viçosa, MG, Brasil.
  • Sonia Regina Souza soniabq@ufrrj.br
    Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (UFRRJ), Departamento de Química, Seropédica - RJ, Brasil

DOI:

10.31413/nativa.v6i3.5374

Resumo

O manjericão é uma planta medicinal e seus metabólitos especiais são utilizados com fins terapêuticos e industriais. Este trabalho teve por objetivo avaliar técnicas e linhagens de Agrobacterium rhizogenes na produção de raízes transformadas de duas variedades de Ocimum basilicum L., Dark Opal (roxo) e Minete Anão (verde). Verificou-se o efeito da inoculação com linhagens de A. rhizogenes selvagens (A4, 8196, 9402, 2659, 2659 G, 17242, LBA, 15834) ou transformadas (R1601) em plantas inteiras ou explantes (folhas e segmentos de caule) de manjericão, cultivados em casa de vegetação ou in vitro. A inoculação com as linhagens LBA e 8196 possibilitou redução no número de explantes de folha de manjericão-verde oxidados, quando comparado ao controle. Dentre as linhagens selvagens, as que proporcionaram melhor indução na produção de raízes transformadas foram A4, LBA e 8196, respectivamente. Entretanto, a cepa R1601 apresentou a melhor resposta. Raízes foram eficientemente induzidas mediante a inoculação de explantes de manjericão-roxo e manjericão-verde e expressaram o fenótipo típico de raízes em cabeleira (hairy roots). As culturas clonais de manjericão-verde apresentaram rápido crescimento em meio de cultura livre de reguladores de crescimento.

Palavras-chave: agrobactéria, cultura de raízes, manjericão, plantas medicinais.

 

TRANSFORMATION TECHNIQUES AND Agrobacterium rhizogenes Strains In The Production Of Hairy Roots Of Ocimum basilicum L.

 

ABSTRACT:

Basil is a medicinal plant and its special metabolites are used for therapeutic or industrial purposes. The aim of this work was to evaluate Agrobacterium rhizogenes techniques and strains in the production of hairy roots of two varieties of Ocimum basilicum L., Dark Opal (purple) and Dwarf Racer (green). The effects of inoculation of A. rhizogene (A4, 8196, 9402, 2659, 2659, 2659 G, 17242, LBA, 15834) or (R1601) lines on whole plants or explants (leaves and stem segments) of basil, grown in a greenhouse or in vitro, in the production of hairy roots and calluses made by subcultures. Inoculation with the LBA and 8196 lines allowed a reduction in the number of oxidized basil-green leaf explants when compared to the control. Among the wild strains, those that had best ability to induce hairy root of hairy roots were A4, LBA and 8196, respectively. However, the R1601 laboratory strain had the best response. Roots were efficiently induced by the inoculation of explants basil-purple and basil-green and expressed the typical phenotype of hairy roots. Green-basal clonal cultures showed rapid growth in culture medium free of growth regulators.

Keywords: agrobacterim, basil, medicinal plants, root culture.

Biografia do Autor

José Nicomedes Júnior, Engenheiro Agrônomo, Centro de Pesquisa e Desenvolvimento Leopoldo Américo Miguêz de Mello, CENPES. Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro - RJ,

Possui graduação em Agronomia pela Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (2000) e mestrado em Agronomia (Ciências do Solo) pela Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (2003). Atualmente é consultor - engenheiro agrônomo do Centro de Pesquisa e Desenvolvimento Leopoldo Américo Miguêz de Mello. Tem experiência na área de Biocombustíveis, com ênfase na condução e estruturação de projetos de P&D para as seguintes culturas agroenegéticas, atuando principalmente nos seguintes temas: cana-de-açúcar, mamona, girassol, dendê, macaúba e pinhão manso.

Roberta Cristiane Ribeiro, Instituto de Educação, Ciência e Tecnologia de Mato Grosso

Professora Associada do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Mato Grosso (IFMT), lotada no Campus Sorriso. Possui graduação em Zootecnia pela Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (UFRRJ), Mestrado em Zootecnia pela UFRRJ, Doutorado em Química/Bioquímica pela UFRRJ e Pós Doutorado em Biologia Molecular pela UFRRJ (2016/2017). Atua na interface das áreas de Zootecnia/Agronomia/Química e participa de projetos com ênfase em Ecofisiologia de Plantas Forrageiras, principalmente em avaliação de consórcio Poaceae/Fabaceae, análise de crescimento em gramíneas de interesse pecuário e alelopatia de pastagens. Foi coordenadora da Comissão de Ética de Uso Animal do IFMT/CFS. Em suas interações acadêmicas já publicou 09 artigos científicos em periódicos nacionais/internacionais e mais de 90 trabalhos publicados em Anais de Eventos. Participa como avaliadora de projetos de fomento em 3 instituições/agências; Emite pareceres Ad hoc para 11 periódicos científicos indexados.Atualmente é editora acadêmica da revista científica ?European Journal of Medicinal Plants?.

 

Luis Louro Berbara, Universidade Federal Rural do Rio Janeiro (UFRRJ), Departamento de Solos, Seropédica - RJ, Brasil

Possui graduação em Agronomia pela Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (UFRRJ-1983), MSc Ciências do Solo pela UFRRJ (1989) e PhD em Biologia do Solo - University of Dundee, Escócia (1995). Pesquisador CNPq e CNE Faperj. Coordena projetos internacionais junto ao Inter-American Institute for Global Change Research - National Science Foundation (Grant GEO-04523250); CAPES-MES (Cuba); PVE Universidad de Navarra - Espanha (CsemF) e Programa ALFA da Comunidade Européia. Também participa, como coordenador, de projetos junto à Faperj, CNPq, CAPES e é pesquisador junto às Redes CARBIOMA, SISBIOTA e REPENSA. É professor Titular da UFRRJ e participa dos cursos de PG em Ciência do Solo e Biotecnologia, ambos da UFRRJ. É professor convidado junto a Escuela de Graduados da Facultad de Agronomia da Universidad de Buenos Aires (UBA) desde 2004. É membro das comissões: da Verdade; de Ética na Pesquisa; de Biossegurança; do Conselho de Ensino, Pesquisa e Extensão e da Fundação de Apoio à Pesquisa (FAPUR), todas na UFRRJ, e do Comitê Científico da TIMAC-AGRO (França). Foi coordenador do DCE (1987/88), secretário geral fundador da Associação Nacional de Pós-Graduandos (ANPG - 1989/90) e presidente da ADUR (1996-1997 / Sindicato Docente). Foi Coordenador do Programa de Pós-Graduação em Fitossanidade e Biotecnologia Vegetal Aplicada (2015-) e atual Chefe do Departamento de Solos (2014-). Tem experiência na área de Agronomia, com ênfase em Microbiologia e Bioquímica do Solo, atuando principalmente nos seguintes temas: ecologia e manejo do solo, micorriza e substâncias húmicas. berbara@ufrrj.br

Elvia Mariam Lis Martinez Stark, Engenheira Florestal, Departamento de Solos, Universidade Federal Rural do Rio Janeiro (UFRRJ), Seropédica – RJ, Brasil.

Possui graduação em Engenharia Florestal pela Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (1990) e Licenciatura em História (FEUC, 2009) tendo defendido a monografia "A fitoterapia do século XVIII: Um enfoque histórico da utilização da medicina popular Indígena". É Especialista em Nutrição de Plantas e tem experiência na área agrária tanto na condução quanto gerenciamento de projetos, tendo atuado como bolsista da Fundação Mokite Okada e como bolsista de apoio técnico na área de Bioquímica e Nutrição de Plantas, com ênfase em Fertilidade do Solo e Adubação, principalmente nos seguintes temas: arroz, cereais, metabolismo e eficiência de uso do nitrogênio por plantas. Atualmente é Pesquisadora 1 do projeto Petromelhoramento Vegetal -FAPUR-na Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro.

Wagner Campos Otoni, Professor, Universidade Federal de Viçosa (UFV), Departamento de Biologia Vegetal, Viçosa, MG, Brasil.

Possui graduação em Agronomia pela Universidade Federal de Viçosa (UFV, 1984), mestrado em Fitotecnia (UFV, 1988) e Doutorado em Genética e Melhoramento (UFV, 1995) na categoria Sandwish, na Universidade de Nottingham, e pós-doutorado na Universidade da Califórnia - Berkeley (2010). É Professor Titular no Departamento de Biologia Vegetal da UFV e Coordenador do Laboratório de Cultura de Tecidos do Instituto de Biotecnologia Aplicada à Agropecuária (BIOAGRO). Atua como Membro Titular: 1. na Comissão Interna de Biossegurança da UFV (CIBio-UFV); 2. na Comissão de Pesquisa do Departamento de Biologia Vegetal da UFV; 3. na Comissão Coordenadora do Programa de Pós-graduação em Botânica; 4. na Comissão Coordenadora do Programa de Pós-graduação em Fisiologia Vegetal; e 5. na Câmara de Assessoramento (Ciências Biológicas e Biotecnologia - CBB) da FAPEMIG (BH. MG). É Bolsista de Produtividade em Pesquisa do CNPq (1C). É Editor-Associado de periódicos In Vitro Cellular and Developmental Biology-Plant, Plant Cell Tissue and Organ Culture, e South African Journal of Botany. Atua com Revisor ?ad hoc? de vários periódicos internacionais (HortScience, Biotechnology Advances, Protoplasma, Journal of Horticultural Science & Biotechnology, Plant Cell Reports, Plant Cell Tissue and Organ Culture, Scientia Horticulturae, Annals of Botany, Journal of Experimental Botany, Plant Biotechnology Reports, Australian Journal of Crop Science, e Acta Biologica Cracoviensia - Series Botanica) e nacionais, e é Consultor de instituições como CNPq, CAPES e EMBRAPA. Tem experiência na área de Botânica, com ênfase em Morfogênese in vitro de plantas, atuando principalmente nos seguintes temas: morfogênese in vitro e cultura de tecidos, transformação genética de espécies de interesse agro-silvicultural. Publicou vários artigos científicos em periódicos internacionais e capítulos de livros. É membro permanente na orientação nos Programas de Fisiologia Vegetal e de Botânica da UFV. Até o momento, 53 discentes concluíram mestrado (34) e doutorado (19) sob sua orientação nos programas de pós-graduação em Botânica, Fisiologia Vegetal e Genética e Melhoramento da UFV. Supervisionou 05 pós-doutores e atualmente supervisiona dois pós-doutorandos. Atuou como Coordenador do Programa de Pós-Graduação em Botânica (de março de 2001 a junho de 2009). Mantém colaboração internacional com a Universidade da Flórida (Gainesville e Homestead) e Universidade de Debrecen (Hungria). Realizou treinamento de curta duração na Universidade de Chiba (Japão) e na Hungria.

Sonia Regina Souza, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (UFRRJ), Departamento de Química, Seropédica - RJ, Brasil

Agrônoma com mestrado (1990) e doutorado (1995) em Agronomia -Ciência do Solo na área de Nutrição de Plantas pela Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro. Atualmente é professora Titular de Bioquímica da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro. Tem experiência na área de pesquisa e ensino da Agronomia, com ênfase em Bioquímica e Nutrição de Plantas, atuando principalmente nos seguintes temas: mecanismos bioquímicos e moleculares relacionados à eficiência de uso nutrientes em plantas, com enfase para arroz, girassol e cana-de-açúcar, expressão e silenciamento gênico, proteína de reserva, eficiência de absorção, metabolismo e remobilização de nitrogênio, metabolismo e produção de óleos e outras substâncias bioativas, em projetos de pesquisa financiados pelo CNPq, Petrobrás e FAPERJ. É membro da CIBIO-UFRRJ e orientadora do Programa de Pós-Graduação em Agronomia - Ciência do Solo (Nutrição de Plantas) e do PPG-Química (Química Biológica), ambos da UFRRJ.

 

Referências

ATANASOV, A. G.; WALTENBERGER, B.; PFERSCHY-WENZIG, E. M.; LINDERD, T.; WAWROSCHA, C.; UHRINE, P.; TEMMLF, V.; WANGA, L.; SCHWAIGERB, S.; HEISSA, E. H.; et al. Discovery and resupply of pharmacologically active plant-derived natural products: A review. Biotechnology Advances, v. 33, n. 8, p. 1582-1614, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2015.08.001

BAIS, H. P.; WALKER, T. S.; SCHWEIZER, H. P.; VIVANCO, J. M. Root specific elicitation and antimicrobial activity of rosmarinic acid in hairy root cultures of Ocimum basilicum. Plant Physiology and Biochemistry, Paris, v. 40, p. 983-995, 2002. DOI: https://doi.org/10.1016/S0981-9428(02)01460-2

BHATTACHARYYA, N.; SINGH, H. R.; AGARWALA, N.; BHAGAWATI, P.; AHMED, G.; DAS, S. Agrobacterium mediated transfer of nptII and gus genes in Camellia assamica. Journal of Agricultural Biotechnology and Sustainable Development, Nigeria, v. 6, n. 2, p. 22-28, 2014. DOI: https://dx.doi.org/10.5897/JABSD2013.0218

BILAL, A.; JAHAN, N.; AHMED, A.; BILAL, S. N.; HABIB, S.; HAJRA, S. Phytochemical and pharmacological studies on Ocimum basilicum linn - a review. International Journal of Current Research and Review, Nagpur, v. 4 n. 23, p. 73-83, 2012.

BORGO, L.; MARUR, C. J.; VIEIRA, L. G. E. Effects of high proline accumulation on chloroplast and mitochondrial ultrastructure and on osmotic adjustment in tobacco plants. Acta Scientiarum. Agronomy, Maringá, v. 37, n. 2, p. 191-199, 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.4025/actasciagron.v37i2.19097

CHENNI, M.; ABED, D. E.; RAKOTOMANOMANA, N.; FERNANDEZ, X.; CHEMAT, F. Comparative study of essential oils extracted from Egyptian basil leaves (Ocimum basilicum L.) using hydro-distillation and solvent-free microwave extraction. Molecules, Basel, v.21, n.1, p.113, 2016. http://dx.doi.org/10.3390/molecules21010113

CHHETRI, B. K.; ALI, N. A.; SETZER, W. N. A Survey of chemical compositions and biological activities of Yemeni aromatic medicinal plants. Medicines, Basel, v. 2, n .2, p. 67-92, 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.3390/medicines2020067

CIAU-UITZ, R.; MIRANDA-HAM, M. L.; COELLO-COELLO, J.; CHÍ, B.; PACHECO, L. M.; LOYOLA-VARGAS, V. M. Indole alkaloid production by transformed and non-transformed root cultures of Catharanthus roseus. In Vitro Cellular & Developmental Biology – Plant, United States, v. 30, n. 1, p. 84-88, 1994. http://dx.doi.org/10.1007/BF02632126

COHEN, A.; KRENS, F. A. Genetic transformation in the breeding of flower bulbs. Floric. Ornam. Biotechnol., Isleworth, v. 6, p. 24-34, 2012.

CRAGG, G. M.; NEWMAN, D. J. Natural products: a continuing source of novel drug leads. Biochimica et Biophysica Acta, Amsterdam, v. 1830, n. 6, p. 3670-3695, 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2013.02.008

FERREIRA, M. E.; GRATTAPAGLIA, D. Introdução ao uso de marcadores moleculares em análise genética. 2a. ed. Brasília: EMBRAPA CENARGEN, 1995. pp. 220.

FILOVÁ, A. Production of secondary metabolites in plant tissue cultures. Research Journal of Agricultural Science, Srinagar, v.46, n.1, p.236-245, 2014. http://www.rjas.ro/volume_detail/25

GAI, Q.Y.; JIAO, J.; LUO, M.; WEI, Z. F.; ZU, Y. G.; MA, W.; FU, J. Y. Establishment of hairy root cultures by Agrobacterium rhizogenes mediated transformation of Isatis tinctoria L. for the efficient production of flavonoids and evaluation of antioxidant activities. Plos One, San Francisco, v. 10, n. 3, 2015. e0119022. DOI: https://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0119022

GANGOPADHYAY, M.; DEWANJEE, S.; BHATTACHARYYA, S.; BHATTACHARYA, S. Effect of different strains of Agrobacterium rhizogenes and nature of explants on Plumbago indica hairy root culture with special emphasis on root biomass and plumbagin production. Natural Products Communications, Westerville, v. 5, n. 12, p. 1913-1916, 2010.

GEORGIEV, M. I.; AGOSTINI, E.; LUDWIG-MÜLLER, J.; XU, J. Genetically transformed roots: from plant disease to biotechnological resource. Trends in Biotechnology, Netherlands, v. 30, n. 10, p. 528–537, 2012. DOI: https://dx.doi.org/10.1016/j.tibtech.2012.07.001

KARUPPUSAMY, S. A review on trends in production of secondary metabolites from higher plants by in vitro tissue, organ and cell cultures. Journal of Medicinal Plants Research, Nigeria, v. 3, n. 13, p. 1222-1239, 2009.

KINGHORN, A. D.; PAN, L.; FLETCHER, J. N.; CHAI, H. The relevance of higher plants in lead compound discovery programs. Journal of Natural Products, Columbus, v. 74, n. 6, p. 1539-1555, 2011. DOI: http://dx.doi.org/10.1021/np200391c

MAHESH, A.; JEYACHANDRAN, R. Agrobacterium rhizogenes mediated hairy root induction in Taraxacum officinale and analysis of sesquiterpene lactones. Plant Biosystems, Bologna, v. 145, n. 3, p. 620-626, 2011. DOI: http://dx.doi.org/10.1080/11263504.2011.584702

MALLOL, A.; CUSIDÓ, R. M.; PALAZÓN, J.; BONFILL, M; MORALES, C.; PIÑOL, M. T. Ginsenoside production in different phenotypes of Panax ginseng transformed roots. Phytochemistry, NY, v. 57, p. 365-371. 2001. DOI: https://doi.org/10.1016/S0031-9422(01)00062-0

MURASHIGE T.; SKOOG F. A. A revised medium for a rapid growth and bioassays with Tobacco tissues cultures. Physiologia Plantarum, København, v. 15, n. 7, p. 473-479, 1962. DOI: http://dx.doi.org/10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x

NESTER, E. W. Agrobacterium: Nature’s genetic engineer. Frontiers in Plant Science, Switzerland, v. 5, p. 730, 2015. DOI: https://dx.doi.org/10.3389/fpls.2014.00730

NYABOGA, E.; TRIPATHI, J. N.; MANOHARAN, R.; TRIPATHI, L. Agrobacterium-mediated genetic transformation of yam (Dioscorea rotundata): an important tool for functional study of genes and crop improvement. Frontiers in Plant Science, Switzerland, v. 5, p. 463. 2015. DOI: https://dx.doi.org/10.3389/fpls.2014.00463

PEREIRA, G. A; CORREA, L. S.; BOLIANI, A. C. Desinfestação e estabelecimento in vitro de explantes de bananeira ‘Grande Naine’ em diferentes concentrações de hipoclorito de sódio. Revista Brasileira de Fruticultura, Jaboticabal, v. 33, n. Especial, p. 222-226, 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.1590/S0100-29452011000500026

SARAVANAKUMAR, A.; ASLAM, A.; SHAJAHAN, A. Development and optimization of hairy root culture systems in Withania somnifera (L.) Dunal for withaferin-A production. African Journal of Biotechnology, Nairobi, v. 11, n. 98, p. 16412-16420, 2012. DOI: https://doi.org/10.5897/AJB11.3867

SETAMAM, N. M.; SIDIK, N. J.; RAHMAN, Z. A.; ZAIN, C. R. C. M. Induction of hairy roots by various strains of Agrobacterium rhizogenes in different types of Capsicum species explants. BMC Research Notes, London, v. 7, p. 414-421, 2014. DOI: https://doi.org/10.1186/1756-0500-7-414.

SRIVASTAVA, S; CONLAN, X. A.; ADHOLEYA, A; CAHILL, D. M. Elite hairy roots of Ocimum basilicum as a new source of rosmarinic acid and antioxidants. Plant Cell, Tissue and Organ Culture. Berlin, v. 126, n. 1, p. 19-32, 2016. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/s11240-016-0973-x

TADA, H.; MURAKAMI, Y; OMOTO, T.; SHIMOMURA, K.; ISHIMARU, K. Rosmarinic acid and related phenolics in hairy root cultures of Ocimum basilicum. Phytochemistry, NY, v. 42, n. 2, p. 431-434, 1996. DOI: https://doi.org/10.1016/0031-9422(96)00005-2

THWE, A.; ARASU, M. V.; LI, X.; PARK, C. H.; KIM, J. S.; Al-DHABI, N. A.; PARK, S. U. Effect of Different Agrobacterium rhizogenes strains on hairy root induction and phenylpropanoid biosynthesis in tartary buckwheat (Fagopyrum tataricum G.). Frontiers in Microbiology, Lausanne, v. 7, n. 318, 2016. DOI: http://dx.doi.org/10.3389/fmicb.2016.00318.

YU, S.; KWOK, K. H.; DORAN, P. M. Effect of sucrose, exogenous product concentration, and other culture conditions on growth and steroidal alkaloid production by Solanum aviculare hairy roots. Enzyme and Microbial Technology, NY, v. 18, n. 4, p. 238-243, 1996. DOI: https://doi.org/10.1016/0141-0229(95)00057-7

ZAHANIS, Z.; MANSYURDIN, M.; NOLI, Z. A.; BACHTIAR, A. Induction of hairy roots of Pegagan (Centella asiatica L.) urban using several explant sources with several Agrobacterium rhizogenes strains in vitro. International Journal on Advanced Science, Engineering and Information Technology, Indonesian, v. 4, n. 4, p. 286-289, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.18517/ijaseit.4.4.418

Downloads

Publicado

2018-05-22

Como Citar

Nicomedes Júnior, J., Ribeiro, R. C., Berbara, L. L., Stark, E. M. L. M., Otoni, W. C., & Souza, S. R. (2018). TÉCNICAS DE TRANSFORMAÇÃO E LINHAGENS De Agrobacterium rhizogenes NA PRODUÇÃO DE HAIRY ROOTS DE Ocimum basilicum L. Nativa, 6(3), 266–275. https://doi.org/10.31413/nativa.v6i3.5374

Edição

Seção

Agronomia / Agronomy

Artigos mais lidos pelo mesmo(s) autor(es)