dissertação

Characterization of the SPL gene family and ethylenemediated regulation of the FT/TFL network in hops (Humulus lupulus)

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Resumo

A transição da fase vegetativa para a reprodutiva é um determinante crítico de produtividade em culturas perenes. Todavia, as redes moleculares que governam esse processo em lúpulo (Humulus lupulus L.) permanecem amplamente desconhecidas, especialmente em latitudes de cultivo não tradicionais. Neste estudo, caracterizamos a família de fatores de transcrição SQUAMOSA PROMOTERBINDING PROTEIN-LIKE (SPL), considerados reguladores centrais da maturação e transição floral. Elucidamos sua integração com a sinalização por etileno e com os genes de mudança de fase HlFT3 (florigênio) e HlTFL1 (antiforigênio), revelando como essa rede coordena o desenvolvimento reprodutivo da cultura. Identificamos 17 genes HlSPL, categorizados em nove clados distintos com alta ortologia em relação a Cannabis sativa. A caracterização molecular confirmou a presença do domínio SBP altamente conservado e revelou uma densa presença de elementos cisregulatórios responsivos a hormônios em suas regiões promotoras, especificamente elementos responsivos ao etileno (EREs), sugerindo um crosstalk fundamental entre sinais ontogenéticos e a sinalização por etileno. Para contextualizar funcionalmente essa rede regulatória, integramos o perfil de expressão via RNA-seq em diversos tecidos e estágios de desenvolvimento dos cones, revelando padrões tecidoespecíficos e uma regulação coordenada entre os membros HlSPL durante a maturação das inflorescências. Além disso, ao modular a percepção do etileno com tiossulfato de prata (STS), demonstramos um controle dependente do fotoperíodo sobre o balanço florigênio/antiflorigênio (HlFT3/HlTFL1). Nossos resultados indicam que o etileno atua restringindo o HlFT3 em condições não indutivas, enquanto se torna indispensável para sustentar a via florigênica sob dias curtos. Este trabalho provê uma caracterização funcional dos mecanismos que controlam a indução floral em lúpulo, identificando determinantes genéticos essenciais para a adaptação da cultura a baixas latitudes. Tais achados oferecem alvos promissores para o melhoramento via CRISPR/Cas9 e estratégias biotecnológicas voltadas à otimização da produtividade e resiliência em novas fronteiras de cultivo.

Abstract

The transition from the vegetative to the reproductive phase is a critical determinant of yield in perennial crops. However, the molecular networks governing this process in hops (Humulus lupulus L.) remain largely unknown, particularly in non-traditional cultivation latitudes. In this study, we characterized the SQUAMOSA PROMOTERBINDING PROTEIN-LIKE (SPL) transcription factor family, which are considered central regulators of maturation and floral transition. We elucidated their integration with ethylene signaling and the phase-change genes HlFT3 (florigen) and HlTFL1 (antiflorigen), revealing how this network coordinates the reproductive development of the crop. We identified 17 HlSPL genes, categorized into nine distinct clades with high orthology to Cannabis sativa. Molecular characterization confirmed the presence of the highly conserved SBP domain and revealed a dense presence of hormone-responsive cis-regulatory elements in their promoter regions, specifically ethylene-responsive elements (EREs), suggesting a fundamental crosstalk between ontogenetic signals and ethylene signaling. To functionally contextualize this regulatory network, we integrated RNA-seq expression profiling across various tissues and cone development stages, revealing tissue-specific patterns and coordinated regulation among HlSPL members during inflorescence maturation. Furthermore, by modulating ethylene perception with silver thiosulfate (STS), we demonstrated a photoperiod-dependent control over the florigen/antiflorigen balance (HlFT3/HlTFL1). Our results indicate that ethylene acts by restricting HlFT3 under non-inductive conditions, while becoming indispensable for sustaining the florigenic pathway under short days. This work provides a functional characterization of the mechanisms controlling floral induction in hops, identifying essential genetic determinants for crop adaptation to low latitudes. These findings offer promising targets for CRISPR/Cas9-mediated breeding and biotechnological strategies aimed at optimizing yield and environmental resilience in new cultivation frontiers.

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Fisiologia Vegetal

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COSTA, Júlia de Carvalho. Characterization of the SPL gene family and ethylenemediated regulation of the FT/TFL network in hops (Humulus lupulus). 2026. 62 p. Dissertação (Mestrado em Fisiologia Vegetal) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2026.

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