Esporidade e sexualidade em Valeriana scadens L.:Aspectos embriológicos, citogenéticos e de sistema reprodutivo

Abstract

Valeriana L. (Caprifoliaceae s.l.) contem metabólitos utilizados na produção de fitoterápicos que previnem ansiedade e insônia, e melhora a qualidade do sono. O centro de biodiversidade do gênero está localizado na América do Sul, e espécies brasileiras apresentam alto potencial para exploração econômica devido a suas propriedades farmacológicas. Conhecimento básico a cerca da reprodução sexual é um pré-requisito para a domesticação de plantas nativas. Valeriana scandens L. possui a mais ampla distribuição do gênero no continente americano e porta flores perfeita e pistilada, a última, com pólen estéril. A espécie é composta de duas variedades com diferentes ploidias, V. scandens var. scandens (2n=28) e V. scandens var. candolleana (2n=56), ambas com ocorrência no RS, Brasil. Cruzamentos entre essas variedades podem ocorrer dando origem a híbridos com esterilidade do pólen. O presente estudo investigou a esterilidade do pólen em V. scandens com análises embriológicas e citogeneticas; analisou a viabilidade das flores perfeitas baseado em três diferentes métodos; investigou o sistema reprodutivo da espécie baseado em analises embriológicas (ginosporogênese, ginogametogênese e desenvolvimento da semente) e baseado em aspectos de biologia reprodutiva. Como resultados, análises embriológicas usando microscopia óptica e eletrônica de varredura mostrou que anteras estéreis desenvolvem de forma similar as férteis até o final da meiose. Após este estádio, as tétrades estéreis não se separam devido a fusão da exina entre andrósporos adjascentes, similar ao pólen estéril do mutante ms-cdl1 de Brassica. Além disso, grãos de pólen imaturos separados também degeneram. A análise citogenética da célula mãe de andrósporo (CMA) mostrou que a população é diplóide e pertence à variedade V. scandens var. scandens (2n=28). A esterilidade do pólen não é causada por um distúrbio citogenetico. As CMAs analisadas da prófase I até o estádio de tétrade, mostraram uma meiose regular, indicando que o fenótipo ‘pólen esteril’ de V. scandens é um processo pós-meiótico formado pela fusão da exina entre andrósporos adjascentes. Este trabalho investigou a viabilidade do pólen de V. scandens baseado em três métodos: (1) corabilidade polínica com Alexander; (2) fluoresceína diacetato (FDA); (3) germinação in vitro. Nas flores perfeitas, 95% dos grãos de pólen reagem ao Alexander, 47% apresentam reação fluorocromeatica ao FDA, e 30% germinaram em meio de cultura. Análises de variância e testes de correlação indicam que as três técnicas oferecem distintas inferências e não é possível estimar a germinabilidade do pólen pela reação do FDA ou Alexander, e viceversa.

Valeriana L. (Caprifoliaceae s.l.) contains metabolites used to produce phytomedicines that prevent anxiety and insomnia, and improve the quality of sleep. The biodiversity center of Valeriana is located in South America, and Brazilian species present a high potential for economic exploitation due to pharmacological properties. Basic knowledge about plant sexual reproduction is a prerequisite for the domestication of native plants. Valeriana scandens has the widest distribution of genus in American continent and bears perfect and pistillate flowers, the latter, with sterile pollen. The species is composed of two varieties with different ploidy; V. scandens var. scandens (2n=28) and V. scandens var. candolleana (2n=56), both occur in RS, Brazil. Crosses between these varieties might occur giving rise to hybrids with pollen sterility. The present study aims to investigate the pollen sterility of V. scandens with developmental and cytogenetic analyses; analyse the pollen viability of perfect flowers based on three different methods; investigate the species breeding system with developmental analysis (ginosporogenesis, ginogametogenesis, seed development) and reproductive biology aspects. As results, developmental analysis using light microscopy and scanning electron microscopy showed that sterile anthers develop similarly to fertile anthers until the end of meiosis. After this stage, sterile tetrads do not separate as a consequence of exine fusion between adjacent androspores, similar to sterile pollen of Brassica ms-cdl1 mutant. In addition, separated, vacuolate immature pollen degenerates. The cytogenetic analysis of the androspore mother cell (AMC) showed that the diploid population of V. scandens var. scandens (2n=28) has pollen sterility that is not caused by a cytogenetic disturbance. The AMCs analyzed, from prophase I to tetrad stage, showed a regular meiotic process, indicating the phenotype of V. scandens sterile pollen is a postmeiotic process formed by fusion of exine between opposite androspores. This work investigated the pollen viability of Valeriana scandens based on three methods: (1) Alexander staining, (2) fluorescein diacetate (FDA) fluorochromatic reaction, (3) in vitro germination. In perfect flowers, 95% of the pollen grains reacted to Alexander, 47% presented fluorochromatic reaction to FDA and 30% germinated in culture medium. Analysis of variance and correlation tests indicate that the three techniques offer distinct inferences and it was not possible to estimate pollen germinability by means of the reaction to Alexander or FDA and vice-versa. In this work, we analysed, with light microscopy, the gynosporogenesis and gynogametogenesis of V. scandens perfect and pistillate flowers, aiming to investigate the presence, or absence, of apomictic embryos development. Gynosporogenesis and gynogametogenesis of both floral fenotypes showed no differences. In seminal rudiment development, a single gynophyte is formed by a meiotic pathway. No apomixes was detected and no adventicious embryos were observed. Reproductive biology studies showed that perfect flowers are self-pollinated in the first hours of anthesis, before pollinator visitation. Pistillate flowers, with pollen sterile, are cross-pollinated. No adventicious embryo was observed during seed development neither during seedling germination.