Isolamento e cultivo de protoplastos de porta-enxertos de citros

Isolation and growth of citrus rootstock protoplants

ARTIGOS

Isolamento e cultivo de protoplastos de porta-enxertos de citros

Isolation and growth of citrus rootstock protoplants

R.P. de Oliveira; B.M.J. Mendes; F.B. d' Utra Vaz; A. Tulmann Neto

Centro de Energia Nuclear na Agricultura-CENA/USP, C.P. 96 - CEP: 13400-970 - Piracicaba,SP

RESUMO

Realizou-se o isolamento e cultivo de protolastos de porta-enxertos de citros das variedades limoeiro Cravo e tangerina Cleópatra. Utilizou-se solução enzimática para a digestão da parede celular de células em suspensão (7 a 10 subcultivos em meio de cultura MT) e procedeu-se a purificação criteriosa. O plaqueamento dos protoplastos foi realizado em meio de cultivo KM8p e na molaridade de 0.6 M, sob condições de escuro a 28 ± 1°C, após ajuste para a densidade de 2 x 10^sppts/mL A redução da pressão osmótica do meio de cultivo foi realizada a cada 10 dias na seguinte proporção de meio de cultura KM8p 0.6 M e KM8 (2:1, 1:1, 1:2, 0:3). Com relação aos resultados, obteve-se em média o isolamento de 0.7 x 10⁶ ppts / ml de suspensões celulares de tangerina Cleópatra e 0.5 x 1O⁶ ppts / ml de suspensões de limoeiro Cravo, com uma porcentagem de viabilidade de 86 a 92% para a variedade Cleópatra e de 73 a 80% para o limoeiro Cravo. As divisões celulares começaram a ocorrer por volta do 8° dia após o plaqueamento, sendo obtida uma eficiência inicial de plaqueamento de 9% para a variedade Cleópatra e de 5% para o limoeiro Cravo. Aos 50 dias de cultivo, as colônias foram transferidas para meio semi-sólido MT, onde apresentaram ritmo acelerado de crescimento formando calos.

Descritores: porta-enxerto, citros, protoplastos

SUMMARY

Protoplast isolation and growth of Citrus rootstock v. Cravo lime and Cleópatra mandarin were carried out Enzyme mixture was used to digest cell suspensions 7-10 times, following criterious purification. Protoplast culture was carried out in doplets of semi-solid (agarose 0.6% p/v) KM8p medium, in the dark, at 28 ± 1°C following density adjustment to 2 x 10⁵ ppts/ml. Osmotic pressure reduction was acomplished for each growth every 10 days with a mixture in equal volumes of KM8p and KM8 medium in ratios of 2:1; 1:1; 1:2 e 0:3. Isolation produced 0.7 x 10⁶ ppts/ml for Cleópatra mandarin and 0.5 x 10⁶ ppts/ml for Cravo lime, with a viability between 86 to 92% and 73 to 80%, respectively. First cell divisions were recorded at the 8th. day of growth, with an inicial platting efficiency of 9% for Cleópatra mandarin and 5% for Cravo lime. Callus development was achived in 50 days upon transfer of microcalus to semi-solid MT medium.

Key Words: rootstock, citrus, protoplasts

INTRODUÇÃO

O Brasil é o maior produtor e exportador mundial de suco cítrico concentrado (FAO, 1992). A área produtiva se localiza principalmente no estado de São Paulo, onde se utiliza de forma predominante o limoeiro Cravo como porta-enxerto (AMARO et al., 1991)

A hibridação somática através da fusão de protoplastos é um dos novos métodos que vem sendo utilizado no melhoramento de citros (GROSSER & GMITTER Jr., 1990b). Os híbridos somáticos apresentam a grande vantagem de serem alotetraplóides, mantendo os genes dos pais por não haver segregação meiótica. Assim, os genes deletérios recessivos existentes nos pais não se expressam e as características controladas por genes dominantes ou codominantes presentes em um dos parentais podem se expressar nos híbridos (GROSSER & GMITTER, 1990a).

Os protoplastos de citros podem ser isolados a partir de folhas, flores, calos embriogênicos ou não e de células em suspensão (GROSSER & GMITTER Jr., 1990a). Os principais fatores determinantes da eficiência no isolamento e cultivo de protoplastos estão relacionados ao genótipo, estado fisiológico das células, tipo e concentração de enzimas, tempo de incubação na solução enzimática, agitação, concentração e tipo de estabilizadores osmóticos, luminosidade e temperatura (GLEDDIE et al., 1985).

O presente trabalho teve por objetivo estabelecer metodologia para o isolamento e cultivo de protoplastos das variedades limoeiro Cravo e tangerina Cleópatra.

MATERIAL E MÉTODOS

Os experimentos foram realizados na Seção de Radiogenética do Centro de Energia Nuclear na Agricultura (CENA/USP), em Piracicaba-SP, utilizando as espécies Citrus reshni Hort. (tangerina Cleópatra) e Citrus limonia Osbeck (limoeiro Cravo), que correspondem aos principais porta-enxertos utilizados no Brasil.

O isolamento dos protoplastos foi realizado utilizando-se o protocolo descrito por D'UTRA VAZ et al. (1993). Utilizou-se a solução enzimática descrita por OCHATT et al. (1987), composta por 0.2% p/v de macerozyme R-10 (Yakult Honsha Co. Ltd., Tokyo, Japan), 1.0% p/v de cellulase "Onozuka" R-10 (Yakult Honsha Co. Ltd., Tokyo, Japan), 0.1% p/ v de driselase (Kyowa Hakko Kogyo Co. Ltd., Tokyo, Japan), 5.0 mM de MES e 0.7 M de manitol. Estes componentes foram dissolvidos em solução de nutrientes CPW descrita por POWER et al. (1989). O pH da solução enzimática foi ajustado para 5.6 e a solução filtrada em membrana de nitrocelulase de 0.2µm.

Antes da digestão da parede celular, as células em suspensão (7 a 10 subcultivos em meio MT) foram plasmolizadas em 12 ml de solução CPW 13% p/v de manitol, por 1 hora (OCHATT et al., 1987). Em seguida, removeu-se a solução de plasmólise e adicionou-se 12 ml de solução de enzima em 3 cm³ de células em suspensão, procedendo-se a incubção por 16 horas a 40 rpm, 25 ± 2°C, sob condições de escuro (D'UTRA VAZ et al., 1993).

A purificação dos protoplastos isolados foi feita através de uma filtração, em peneira de nylon de 45µ m, e por uma seqüência de centrifugações (GROSSER & GMITTER Jr., 1990a). A primeira e a segunda centrifugações foram realizadas a 90 x g por 4 minutos, lavando-se os protoplastos com solução CPW, suplementada com 13% p/v de manitol. Na terceira centrifugação foi utilizado um gradiente de densidade composto por soluções CPW 21% p/v de sacarose e CPW 13% p/v de manitol. O gradiente sacarose/manitol foi construído suspendendo o "pellets" obtido na centrifugação anterior em 2 ml da solução CPW manitol. Posteriormente, esta solução foi adicionada, cuidadosamente, sobre 5 ml da solução CPW sacarose, em tubo de centrífuga de 10 ml. A centrifugação foi feita a 90 x g por 10 minutos. Em seguida, com o auxílio de pipeta de Pasteur, os protoplastos, da banda que se formou entre as duas soluções, foram removidos e suspendidos em solução CPW manitol para nova lavagem. Durante esta etapa, foram realizadas contagens em câmara de Newbauer do número de protoplastos isolados.

A viabilidade dos protoplastos purificados foi estudada utilizando o corante azul de metileno na concentração final de 0.01% p/v (HOOLEY & MCCARTHY, 1980). Foram analisadas a viabilidade de 200 protoplastos após cada isolamento, sendo feitas contagens do número de protoplastos viáveis e mortos em microscópio invertido. Nesta fase também foi analisado o diâmetro dos protoplastos, sendo também utilizadas 200 repetições. Esta avaliação foi realizada em microscópio invertido utilizando uma lente graduada que foi calibrada com uma lâmina de graduação.

O plaqueamento de protoplastos de tangerina Cleópatra e limoeiro Cravo foi feito no meio de cultivo KM8p (GILMOUR et al., 1989), na molaridade de 0.6 M, sob condições de escuro a 28 ± 1°C, após ajuste para a densidade de 2 x 10⁵prot./ml (GROSSER & GMITTER Jr., 1990a).

O método de plaqueamento utilizado foi em gotas de KM8p, solidificadas com 0.6% p/v de agarose (SHILLITO et al., 1983). Aproximadamente 25 gotas de 40 µ l foram colocadas por placa de Petri de 5 cm de diâmetro, adicionando, em seguida, 2 ml de meio de cultura KM8p na forma líquida (D'UTRA VAZ et al., 1993).

A redução da pressão osmótica do meio de cultivo foi realizada a cada 10 dias na seguinte proporção de meio de cultura KM8p 0.6 M e KM8 (2: 1, 1:1, 1:2, 0:3). As divisões celulares e formação de colônias foram acompanhadas através de microscópio invertido.

Quatorze dias após o início do cultivo foi avaliada a eficiência de plaqueamento inicial dos protoplastos das variedades estudadas (número de células em divisão / número total de células). Em cada isolamento foram realizadas 75 contagens (3 placas de Petri x 5 gotas plaqueadas x 5 campos do microscópio invertido).

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A utilização da solução enzimática de OCHATT et al. (1987), recomendada por D'UTRA VAZ et al. (1993), possibilitou, em média, o isolamento de 0.7 x 10⁶ protoplastos / ml de suspensões celulares de tangerina Cleópatra e 0.5 x 10⁶ protoplastos / ml de suspensões de limoeiro Cravo, utilizando-se células na fase de crescimento logarítmico (Figura 1a).

Na literatura não foram encontrados dados sobre a eficiência de isolamento de protoplastos a partir de suspensões celulares de citros. No entanto, em outras espécies lenhosas, como a cerejeira (Prunus avium x Pseudocerasus), foi obtida uma eficiência de 0.6 x 10⁷ a 1.5 x 10⁸ protoplastos/g de peso fresco (OCHATT et al., 1987), ao utilizar-se a mesma solução enzimática empregada no presente trabalho.

A purificação dos protoplastos de tangerina Cleopatra e limoeiro Cravo foi realizada seguindo a metodologia descrita por GROSSER & GMITTER Jr. (1990a). No entanto, somente foram obtidos resultados adequados quando foi introduzida a seguinte modificação: no momento de construir o gradiente sacarose/manitol, suspendeu-se os protoplastos isolados em solução de manitol ao invés de na solução de sacarose. Esta alteração foi realizada pelo fato de na solução manitol a 13% p/v os protoplastos possuírem maior mobilidade do que na solução de sacarose 21% p/v. Isto ocorre devido à menor densidade da solução que contém manitol. Dessa maneira, os protoplastos intactos se deslocam até a posição da interface entre as duas soluções, ao passo que os estourados, pedaços de células e demais debris deslocam-se para o fundo dos tubos da centrifuga. Por outro lado, ao executar-se o procedimento descrito por GROSSER & GMITTER Jr. (1990a), verificou-se que tanto os protoplastos intactos como os outros componentes se depositavam no fundo dos tubos, após a centrifugação.

Na Figura 1b podem ser analisados protoplastos isolados de suspensões celulares de tangerina Cleópatra após a purificação. Nesta Figura também se verifica a presença, em pequena porcentagem, de protoplastos maiores decorrentes de fusões espontâneas. Resultados semelhantes foram obtidos por GOLDMAN (1988), que obteve 3% de protoplastos binucleados em laranja 'Pêra', avaliados através do método de coloração de núcleos com fucsina carbólica, descrito por KAO (1982). A ocorrência de baixa freqüência de fusões espontâneas nos experimentos realizados indica boa adequação da solução enzimática ao material vegetal utilizado para o isolamento de protoplastos.

Os protoplastos isolados caracterizaram-se por apresentarem diâmetro variando de 4.8 a 16.8 µm em tangerina Cleópatra e de 4.8 a 14.4µm em limoeiro Cravo. Segundo ZIMMERMANN & SCHEVRICH (1981), o conhecimento do diâmetro dos protoplastos é importante em trabalhos de fusão usando o método de eletrofusão, pois existe uma relação inversa entre o diâmetro e a voltagem necessária para a fusão dos protoplastos.

Nos experimentos realizados, a viabilidade dos protoplastos isolados a partir de suspensões celulares variou de 86 a 92% para a variedade Cleópatra e de 73 a 80% para o limoeiro Cravo. Esses resultados foram obtidos utilizando-se o corante azul de metileno na concentração final de 0.01% p/ v, e aproximam-se daqueles obtidos por GOLDMAN (1988), de 79.47 a 89.50% ao utilizar o mesmo método de avaliação e por CRISTOFANI (1991), de 80.68 a 84.03% ao utilizar o método com diacetato de fluoresceína. Ambos os autores trabalharam com protoplastos obtidos a partir de calos de laranja 'Pêra'. É interessante destacar, também, que os protoplastos obtidos a partir de suspensões celulares de limoeiro Cravo apresentam menor viabilidade, o que parece estar relacionado, principalmente, ao tipo de suspensão celular utilizada. É provável, que a realização de modificações no meio de cultivo das células de limoeiro Cravo melhore o estado das suspensões celulares, resultando em maior viabilidade dos protoplastos.

O cultivo foi realizado plaqueandose os protoplastos em gotas solidificadas com agarose, e adicionando-se uma camada de meio líquido sobre as gotas (SHILLITO et al., 1983). Esse método foi bastante eficiente permitindo adequada formação de colônias de células. Em ensaios preliminares, trabalhou-se com o método de plaqueamento em gotas não solidificadas, descrito por KAO et al (1970). Obteve-se divisões iniciais que não progrediram, havendo morte dos protoplastos por plasmólise, devido a evaporação de água.

A habilidade dos protoplastos em se dividirem e formarem colônias é altamente dependente da densidade celular e da composição do meio de cultura (CARNEIRO & CONROI, 1990). Neste estudo, utilizou-se o meio de cultivo KM8p e a densidade de plaqueamento de 2 x 10⁵ protoplaslos/ml.

No cultivo de protoplastos, a maioria das espécies vegetais requerem a presença de auxinas ou de citocininas para regenerarem a parede celular e se dividirem (GLEDDIE et al., 1985). O meio de cultura KM8p contém 0.2 mg/l de 2,4-D, 1.0 mg/l de NAA e 0.5 mg/l de zeatina, que é recomendado para espécies lenhosas (OCHATT et al., 1987). Esse meio de cultura apresentou resultados adequados, não sendo observado rompimento dos protoplastos pelo aumento do volume de seus vacúolos ou pela formação de novos vacúolos, efeitos esses normalmente causados pelo uso de auxinas e de outros reguladores no meio de cultivo de protoplastos (VASIL & VASIL, 1980).

Segundo SPIEGEL-ROY & VARDI (1984), as espécies de citros, são capazes de regenerar a parede celular em meio de cultura sem reguladores de crescimento, devido a síntese endógena de hormônios. GROSSER & GMITTER Jr. (1990a) utilizam os meios BH₃ e EME para o cultivo de protoplastos de várias espécies de citros. O meio BH₃ é semelhante ao meio KM8p, diferindo apenas por não possuir reguladores de crescimento. O meio de cultura EME foi utilizado neste estudo para o cultivo de células em suspensão, não possuindo também reguladores de crescimento. Embora, nos experimentos realizados, tenham sido obtidos resultados satisfatórios com o meio de cultivo KM8p, recomenda-se que, em ensaios posteriores, sejam testados os meios BH₃ e o EME.

Com relação à densidade de plaqueamento, GROSSER & GMITTER Jr. (1990a) e VARDI et al. (1975) recomendam o valor de 1 .0 x 10⁵ protoplastos/ ml de meio de cultivo. No presente trabalho foi utilizado 2 x 10⁵ protoplastos/ml das gotas plaqueadas, pois foi adicionado 2 ml de meio de cultura líquido em cada placa. Nas variedades estudadas, sempre se obteve elevada eficiência de isolamento de protoplastos, permitindo o plaqueamento nas densidades recomendadas.

Nos experimentos realizados, as divisões celulares começaram a ocorrer por volta do 8° dia após o plaqueamento (Figura 1c). Esses resultados se aproximam daqueles obtidos por GROSSER & GMITTER Jr. (1990a) e por VARDI & GALUN (1988), que obtiveram as primeiras divisões celulares após um período de 10 a 14 dias nos meios de cultivo BH₃ e EME, repectivamente. É provável que, neste estudo, as divisões tenham ocorrido precoce-mente devido a presença de reguladores de crescimento no meio de cultivo. Na fase inicial de divisão celular foi obtida uma eficiência de plaqueamento de 9% para a variedade Cleópatra e de 5% para o limoeiro Cravo. Esses resultados assemelham-se aos encontrados por VARDI et al. (1975), que trabalhando com outras espécies de citros obtiveram uma eficiência de plaqueamento inicial de 3.6 a 9.0%.

Trinta dias após o plaqueamento foi observada a existência de diversas colônias de células de tangerina Cleópatra e limoeiro Cravo no meio de cultivo (Figura 1c). Aos 50 dias de cultivo, quando se completou a redução da pressão osmótica do meio, as colônias de células estavam visíveis a olho nu. Por essa razão, foram transferidas para meio semi-sólido MT para manutenção do crescimento e regeneração de plantas. Esses resultados indicam que o sistema proposto para a diluição da pressão osmótica do meio de cultivo foi eficiente, tendo permitido a multiplicação celular sem haver rompimento das células. As colônias plaqueadas em meio sólido apresentaram ritmo acelerado de crescimento formando calos.

Os resultados deste trabalho demonstram uma metodologia eficiente para o isolamento e cultivo de protoplastos dos porta-enxertos de citros limoeiro Cravo e tangerina Cleópatra, permitindo futuros trabalhos de obtenção de híbridos somáticos através de fusão de protoplastos.

Recebido para publicação em 03.08.94

Aceito para publicação em 15.11.94

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  07 Jul 2005
• Data do Fascículo
  Ago 1995

Histórico

• Recebido
  03 Ago 1994
• Aceito
  15 Nov 1994