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Além da função de fixação das plantas ao solo, as raízes atuam na absorção de nutrientes e água necessários para o desenvolvimento vegetal. Seu crescimento e desenvolvimento, assim como os demais órgãos, se dá por uma complexa rede de sinalização. O crescimento das raízes, em condições naturais, ocorre abaixo do solo na ausência de luz. Análises prévias demostram que, embora as raízes cresçam abaixo do solo na escuridão, a iluminação da parte aérea é essencial para que as raízes se desenvolvam normalmente. O trabalho apresentado nesta tese teve como objetivo investigar o efeito da iluminação da parte aérea no crescimento de raízes mantidas no escuro na planta modelo Arabidopsis thaliana. Os resultados apresentados nos capítulos II à VI mostram que à luz desempenha um papel chave na indução do crescimento da raiz primária. Derivados fotossintéticos atuam sinergisticamente à luz e não como os únicos sinais de longa distância como descrito previamente. A presença de luz na parte aérea leva a alterações significativas no transcriptoma de raízes, envolvendo genes relacionados a diversas classes metabólicas. Utilizando mutantes de perda de função, observamos que o fator de transcrição HY5 possui um papel chave no crescimento de raízes e que sua estabilização em raízes depende da funcionalidade das quinases da família AGC3. Além disso, análises de mutantes de perda de função em genes que apresentaram expressão alterada em resposta à luz demostraram que variações na intensidade luminosa as quais as partes aéreas são expostas influenciam diretamente no crescimento da raiz principal e emissão de raízes laterais. A indução da rota de biossíntese de flavonoides em raízes sugere esses metabólitos como sinais importantes para o crescimento destes órgãos. Besides their role in anchoring plants in the soil, roots are necessary for nutrient uptake and water absorption. Root growth and development, just as other organs, are regulated by a complex signaling network. In natural conditions, root development mostly happens underground, in darkness. Previous reports have shown that even though roots grow place in darkness under the soil, shoot-illumination is essential for root development. This thesis aimed to investigate the effect of root illumination on dark-grown roots in the model plant Arabidopsis thaliana. The results presented on chapters II to VI show that light has a major effect on primary root elongation. Photosynthetic sugars act synergistically with light and not solely as a long-distance signal. Shoot illumination leads to changes in root transcriptome, influencing different metabolic pathways. Employing loss-of-function mutant lines, the transcription factor HY5 showed a key role in the control of root photomorphogenesis. Its stabilization in dark-grown roots is dependent of AGC3 kinases. Moreover, we show that changes in the light intensity to which shoots are exposed lead to changes in primary and lateral root development. The high induction of flavonol biosynthesis in roots in response to shoot illumination suggests that these metabolites act as a signal in dark-grown roots.

Chilling requirement (CR) for bud dormancy completion determines the time of bud break in apple (Malus × domestica Borkh.). The molecular control of bud dormancy is highly heritable, suggesting a strong genetic control of the trait. An available Infinium II SNP platform for genotyping containing 8,788 single nucleotide polymorphic markers was employed, and linkage maps were constructed in a F1 cross from the low CR M13/91 and the moderate CR cv. Fred Hough. These maps were used to identify quantitative trait loci (QTL) for bud break date as a trait related to dormancy release. A major QTL for bud break was detected at the beginning of linkage group 9 (LG9). This QTL remained stable during seven seasons in two different growing sites. To increase mapping efficiency in detecting contributing genes underlying this QTL, 182 additional SNP markers located at the locus for bud break were used. Combining linkage mapping and structural characterization of the region, the high proportion of the phenotypic variance in the trait explained by the QTL is related to the coincident positioning of Arabidopsis orthologs for ICE1, FLC, and PRE1 protein-coding genes. The proximity of these genes from the most explanatory markers of this QTL for bud break suggests potential genetic additive effects, reinforcing the hypothesis of inter-dependent mechanisms controlling dormancy induction and release in apple trees.

A macieira (Malus x domestica Borkh.) assim como as demais frutíferas de clima temperado possui a capacidade de suspender seu crescimento em resposta a condições ambientais não favoráveis, levando a planta a um estado de dormência. Para que ocorra a superação deste processo, é necessário o acúmulo de horas de frio durante os meses de inverno. O objetivo do trabalho é aumentar o número de marcadores presentes no locus associado à brotação precoce em macieira e identificar potenciais marcadores moleculares para uso na seleção assistida de genótipos quanto à época de brotação. Os genótipos da população F1 de estudo segregaram para a característica fenotípica data de brotação. O ressequenciamento dos genitores possibilitou a identificação de 182 novos SNPs localizados no locus associado à brotação vegetativa. Destes, 114 se mostraram polimórficos na população. Trinta e três foram agrupados com sucesso no mapa do genitor ‘M13/91’ e 34 no mapa do genitor ‘Fred Hough’ aumentando a densidade de marcadores presentes no locus. Um QTL majoritário foi identificado na extremidade do grupo de ligação 9. Nesta região foram mapeados seis marcadores genéticos explicando de 26,5 a 54,5% da variação fenotípica. Os marcadores demostraram elevada associação com o fenótipo de brotação precoce. Nesta região, localiza-se o gene FLC-like, um dos reguladores principais do florescimento em plantas modelo. Estes resultados sustentam a hipótese de que a extremidade do grupo de ligação 9 possui fatores genéticos altamente herdáveis associados ao controle do requerimento de frio hibernal em macieira e os polimorfismos identificados podem ter potencial de uso em estratégias de melhoramento assistido. Apple trees (Malus x domestica Borkh.) have the ability to suspend their growth in response to unfavorable environmental conditions, taking the plant to a dormant state. In order to overcome dormancy, prolonged exposure to chilling temperatures is necessary. This study aimed to increase the number of markers in the locus associated with time of budbreak date, to identify new molecular markers and haplotypes with potential use in marker assisted breeding and to characterize candidate genes linked to dormancy control in apple. The F1 population showed segregation for budbreak time. De novo sequencing of the genitors allowed identification of 182 new SNPs located within the locus linked to vegetative budbreak. Of these, 114 were polymorphic in the population studied. Thirty-three markers were successfully integrated into the map of the ‘M13/91’ parent and 34 into the the map of the ‘Fred Hough’ parent, increasing the density of markers within the locus. One major QTL was identified at the end of the linkage group 9. Six markers were significantly associated with the major QTL for budbreak date, explaining 26.5 to 54.5% of the total phenotypic variation observed. The markers demonstrated high association with early budbreak phenotype. Inside this region, the FLC-like gene, a major regulator of flowering control in model plants locus, is localized. Our results support the existence of highly heritable genetic factors associated with the control of the chilling requirement on apple trees at the end of linkage group 9.