New Insights into Somatic Embryogenesis Efficiency in Olea europaea L

Abstract

Novos contributos para o estudo da eficiência da embriogénese somática em Olea europaea L. - Resumo: embriogénese somática (ES) apresenta-se como uma estratégia alternativa para a propagação clonal de oliveira, com particular interesse em genótipos caracterizados por elevada recalcitrância ao desenvolvimento de raízes adventícias quando propagados pelos métodos convencionais. No entanto, a elevada recalcitrância dos tecidos adultos à indução de estruturas embriogénicas continua a restringir a aplicação desta tecnologia. Assim, o estudo dos mecanismos moleculares associados à resposta embriogénica assume particular relevância para o desenvolvimento de sistemas de propagação alternativos aplicáveis à olivicultura nacional. A ES constitui uma resposta morfogénica induzida por estímulos exógenos que envolve uma reprogramação celular ao nível molecular, refletida em alterações bioquímicas e fisiológicas que culminam na diferenciação de estruturas embriogénicas. Neste processo, a interação entre os explantes e o meio de cultura é determinante, incluindo o contacto com biomoléculas secretadas pelo material vegetal. Este intercâmbio de moléculas, nomeadamente proteínas e metabolitos, entre os espaços intra e extracelulares poderá participar na modulação da resposta embriogénica. O presente estudo teve como objetivo identificar mecanismos envolvidos na eficiência da ES em oliveira através da caracterização do proteoma de linhas embriogénicas de alta (HE) e baixa (LE) eficiência e correspondente secretoma, por LC-MS/MS, complementada pela análise do exometaboloma por 1H RMN. A capacidade das biomoléculas secretadas para induzir a resposta embriogénica foi avaliada através da aplicação de meio de cultura (CM) de linhas HE a linhas LE e material adulto. Os resultados revelaram uma maior abundância de proteínas associadas ao transporte vesicular, sinalização e reorganização celular em linhas HE, que apresentaram, no perfil extracelular, proteínas relacionadas com a regulação redox e a dinâmica da parede celular, bem como uma utilização mais eficiente do carbono. A aplicação do CM permitiu validar o papel das moléculas secretadas na resposta embriogénica ao promover um aumento da proliferação celular e a formação de estruturas embriogénicas em material recalcitrante; Somatic embryogenesis (SE) has emerged as an alternative strategy for the clonal propagation of olive trees, particularly for genotypes characterised by high recalcitrance to adventitious root development when propagated using conventional methods. However, the high recalcitrance of adult tissues to the induction of embryogenic structures continues to limit the application of this technology. Therefore, understanding the molecular mechanisms associated with the embryogenic response is of particular importance for the development of alternative propagation systems applicable to the national olive industry. SE is a morphogenic response induced by exogenous stimuli that involves cellular reprogramming at the molecular level, reflected in biochemical and physiological changes that culminate in the differentiation of embryogenic structures. During this process, the interaction between explants and the culture medium is crucial, including exposure to biomolecules secreted by plant tissues. This exchange of molecules, particularly proteins and metabolites, between intracellular and extracellular compartments may contribute to the modulation of the embryogenic response. The present study aimed to identify mechanisms involved in SE efficiency in olive through the characterisation of the proteome of high-efficiency (HE) and low-efficiency (LE) embryogenic lines and their corresponding secretome by LC–MS/MS, complemented by exometabolome analysis using ¹H NMR. The ability of secreted biomolecules to induce the embryogenic response was assessed by applying conditioned medium (CM) from HE lines to LE lines and adult material. The results revealed a higher abundance of proteins associated with vesicular transport, signalling, and cellular reorganisation in HE lines, which also exhibited, at the extracellular level, proteins related to redox regulation and cell wall dynamics, together with more efficient carbon utilisation. Application of the CM validated the role of secreted molecules in the embryogenic response by promoting increased cell proliferation and the formation of embryogenic structures in recalcitrant material.