Abstract Teak (Tectona grandis) is a timber tree of economic importance in tropical and subtropical forests. The aim of this work was to identify families of transcription factors (TFs) and enzyme-coding genes differentially expressed (DREs) in stem xylem and their regulation involved in abiotic stress response and xylogenesis in T. grandis. Therefore, the evolutionary distribution of 19 TFs of T. grandis was derived using a phylogenetic analysis. Besides, specific data mining procedures of databases and publications were performed in order to identify 320 Arabidopsis thaliana genes (orthologous to T. grandis) as experimental and predictive support. As results, we found transcription factors of the bZIP, MYB, NAC, ER, bhlh families, and enzyme-coding genes. Furthermore, interactome analysis in T. grandis showed a significant Pearson correlation for genes regulating metabolic pathways of phenylpropanoids and abiotic stress. Also, the coexpression network revealed nodes and edges between TgRAP1, TgMyB1, TgHSF1, TgMyB3, TgNAC1, TgTsiid1, TgLieTFs1, TgNuy3, TgRAP2 and TgNuy4 genes. Gene ontology analyses showed that 31 genes respond to abiotic stress, mainly TgHShT1, TgHSF1 and TgHSF2, as co-regulators. In addition, the TFs master regulator TgNAC1 was found to be involved in the co-regulation of other TFs.

Resumen Tectona grandis es un árbol maderable de importancia económica en bosques tropicales y subtropicales. Mediante este estudio, se identificaron familias de factores de transcripción (FTs) y genes codificantes para enzima, diferencialmente expresados en el xilema del tallo, implicados en la regulación de la respuesta a estrés abiótico y xilogénesis en T. grandis. Así, fue analizada la distribución evolutiva de 19 genes codificantes para FTs de T. grandis mediante análisis filogenéticos. También, fue utilizada la minería de bases de datos y publicaciones para identificar 320 genes de Arabidopsis thaliana (ortólogos a T. grandis) como soporte experimental y predictivo. Como resultados, se encontraron FTs de las familias bZIP, MYB, NAC, ER, bhlh, NuY y genes que codifican enzimas. Así mismo, se logró analizar el interactoma de T. grandis encontrando correlaciones de Pearson significativas para genes que regulan vías metabólicas de fenilpropanoides y estrés abiótico. Además, la red de coexpresión reveló nodos y aristas entre los genes TgRAP1, TgMyB1, TgHSF1, TgMyB3, TgNAC1, TgTsiid1, TgLieTFs1, TgNuy3, TgRAP2 y TgNuy4. En particular, los análisis de ontología génica mostraron 31 genes de respuesta a estrés abiótico, principalmente TgHShT1, TgHSF1 y TgHSF2 como correguladores. Además, se encontró que el regulador maestro TgNAC1, está involucrado en la corregulación de otros factores de transcripción.

RESUMEN El xilema secundario es el componente más abundante de la biomasa vegetal. Por tanto, conocer los genes que regulan su formación ayudaría a diseñar estrategias para el mejoramiento genético de la madera. Así, el objetivo de este trabajo fue realizar el análisis computacional de la estructura primaria y secundaria del factor de transcripción (FT) TgNACO1 de Tectona grandis, además de evaluar su historia evolutiva, dominios conservados y expresión génica en tejidos lignificados de árboles de 12 y 60 años. Para ello, se realizó una evaluación del potencial de interacción ion-electrón (PIIE), mediante el método del espectro de la información (MEI) utilizando la librería SFAPS de R-Project, seguido del modelamiento estructural utilizando el software MODELLER y visualizado mediante PyMol. Además, el análisis de alineamiento de secuencia múltiple y filogenia fue mediante el software Bioedit y MrBayes respectivamente. También se evaluó los niveles de síntesis del FT TgNACO1 mediante qRT-PCR. Como resultados, se evidenció que el FT mantiene una estructura (3-hoja antiparalela retorcida, que se compacta contra una a-hélice en la región N-terminal, teniendo así tres dominios a hélice y siete dominios (3 plegada. Asimismo, mediante el MEI se demostró que tiene alrededor de cinco funciones biológicas y mutaciones sobre los aminoácidos con mayor PIIE, lo que conlleva a evoluciones sobre las redes de regulación genética. Finalmente, el FT TgNACO1 podría presentar un papel fundamental en la organización y desarrollo de las partes que componen la albura, como las células radiales de la zona cambial, los vasos, fibras y los anillos de crecimiento.

ABSTRACT Secondary xylem is the most abundant component of plant biomass. Therefore, knowing the genes that regulate its formation would help to design strategies for wood genetic improvement. Thus, the objective of this work was to perform computational analysis of the primary and secondary structure of the TgNACO1 transcription factor (FT) of Tectona grandis, and to evaluate its evolutionary history, conserved domains and gene expression in lignified tissues of trees with 12 and 60 years old. For this, an ion-electron interaction potential (IEP) was evaluated using the information-spectrum method (IEM) using the R-Project and SFAPS library, followed by structural modeling using the MODELLER software and visualized by PyMol program. In addition, the analysis of multiple sequence alignment and phylogeny was performed using Bioedit and MrBayes software, respectively. We also evaluated the qRT-PCR levels of TgNACO1. As results, it was found that TgNACO1 maintains a twisted antiparallel 3-sheet structure, which is compacted against an a-helix in the N-terminal region, having three a-helix domains and seven folded ((-domains. Also, through the IEM, it was demonstrated that it has about five biological functions, and mutations on amino acids with higher IEP, which leads to evolutions on genetic regulation networks. Finally, the FT TgNACO1 could play an esential role in the organization and development of the parts that make up the sapwood, such as the radial cells of the cambial zone, the vessels, fibers and the growth rings.

Abstract The aim of this study was to develop a shoot regeneration protocol for Tectona grandis by examining the effects of pretreatments, regeneration culture medium, adventitious rooting, and acclimatization. The best organogenic potential was achieved when hypocotyls and cotyledonary segments from seedlings germinated on a medium containing TDZ, were cultured for four weeks on MS medium supplemented with BAP/GA3. With TDZ pretreatment during seed germination, up to 70% of the cotyledonary segments (0.5 TDZ pretreatment and 1.0 BAP + 0.5 GA3 during regeneration, mg L-1) and 60% of the hypocotyl explants (0.1 TDZ pretreatment and 1.0 BAP + 0.5 GA3 during regeneration, mg L-1) resulted in shoot regeneration. Finally, 65% of the regenerated shoots rooted, of which 60% were successfully acclimatized ex vitro. Our protocol increases regeneration efficiency for teak and it can serve as a platform for genetic transformation to improve this important tree species.