O gene hrcA é encontrado em quase todos os ramos da árvore filogenética das eubactérias, e seu produto, a proteína HrcA, funciona como repressor da expressão dos operons de choque térmico groESL e dnaKJ, ligando-se à seqüência repetida invertida denominada CIRCE (controlling inverted repeat of chaperonin expression) presente na região regulatória destes operons. O sistema HrcA-CIRCE está, portanto, amplamente representado nas eubactérias. Particularmente, em Caulobacter crescentus, uma α-proteobactéria, este sistema está envolvido no controle da expressão do operon groESL durante o ciclo celular da bactéria. Conhecer a estrutura e as interações de HrcA é importante para entender este processo. Neste trabalho são apresentadas as análises de seqüência das HrcA\'s de C. crescentus e de Xylella fastidiosa, uma proteobactéria do grupo γ, as quais são muito similares. Este estudo levou à proposta de um modelo estrutural com a delimitação dos domínios da proteína, os dobramentos de cada domínio, com base nas interações da HrcA de C. crescentus com o elemento CIRCE e ATP, que estão sendo caracterizadas em nosso laboratório, assim como a atribuição de aminoácidos e motivos conservados funcionais. Adicionalmente, embora a expressão da HrcA recombinante de X. fastidiosa não tenha tido sucesso, a HrcA recombinante de C. crescentus purificada tem se prestado aos ensaios espectroscópicos, ainda que tenha sido detectada uma microagregação que está sendo enfrentada com um protocolo de purificação baseado no uso de α ciclodextrina. Os estudos espectroscópicos preliminares da HrcA C. crescentus dão suporte ao modelo estrutural proposto. / The hrcA gene is found in almost all branches of the filogenetic tree of eubacteria, and its product, the protein HrcA, functions as a repressor regulating the expression of the heat shock operons groESL and dnaKJ, by binding to the inverted repeat sequence called CIRCE (controlling inverted repeat of chaperonin expression). The system HrcA-CIRCE, therefore, is widely represented in eubacteria. Specifically in Caulobacter crescentus, an α-proteobacterium, this system is involved in the cell-cycle control of groESL expression (Baldini et al, 1998). Knowledge of the structure of HrcA and its interactions is important to understand this process. This work presents the analysis of the sequences of HrcA from C. crescentus and Xylella fastidiosa, a proteobacterium of the γ group, which are very similar. A structural model has been proposed, with protein domain delimitation, specific domain folding, based on known interactions of C. crescentus HrcA with the CIRCE element and ATP, obtained in our laboratory, as well as assignment of functional residues and conserved motifs. Additionally, even though no sucess was obtained the expression of recombinant HrcA from X. fastidiosa, purified recombinant HrcA from C. crescentus has been shown to be suitable for spectroscopic studies, in spite of microagregation observed, which is being faced with a purification protocol based on the use of α cyclodextrin. The preliminary spectroscopic studies of HrcA from C. crescentus support the proposed structural model.

Epicoccum nigrum é um fungo ubíquo conhecido por sua capacidade de produzir vários metabólitos secundários bioativos e pelo seu uso potencial como agente de biocontrole contra vários fitopatógenos. Entre os compostos produzidos por E. nigrum, epicolactona é um policetídeo com uma estrutura bastante complexa. O objetivo desta tese foi identificar e caracterizar genes relacionados à biossíntese da epicolactona em E. nigrum. Três mutantes defectivos para a produção de epicolactona anteriormente gerados por mutagênese aleatória foram analisados. Entretanto, os resultados mostraram que o T-DNA provavelmente estava inserido em regiões regulatórias. Usando ferramentas de bioinformática, seis genes de PKSs foram selecionados para deleção. A deleção do gene PKSi12 mostrou que os seus produtos estão relacionados à atividade antagonista. A análise química permitiu a identificação putativa dos preditos precursores da epicolactona, os quais tiveram sua produção afetada no mutante ΔPKSi12. Uma possível via de biossíntese de epicoccona B e epicoccina por E. nigrum foi proposta. / Epicoccum nigrum is a ubiquitous fungus mainly known for its ability to produce many bioactive secondary metabolites and for its potential use as a biocontrol agent against many phytopathogens. Among the compounds produced by E. nigrum, epicolactone is a polyketide with a very complex structure. The aim of this thesis was to identify and characterize genes related to epicolactone biosynthesis in E. nigrum. Three defective epicolactone mutants previously generated by random mutagenesis were analyzed. However, the results showed that the T-DNA was probably inserted in regulatory regions. Using a genome mining approach, six PKS genes were selected for deletion. The deletion of PKSi12 gene showed that its products are related to E. nigrum antagonistic activity against fungal phytopathogens. The chemical analysis allowed a putative identification of the previously proposed epicolactone precursors, which production was affected in the ΔPKSi12 mutant. A proposed biosynthesis of epicoccone B and epicoccine by E. nigrum was suggested.

O estudo fitoquímico das folhas de Ocotea catharinensis (Lauraceae) resultou no isolamento da neolignana tetraidrofurânica veraguensina (1) e do flavonóide glicosilado afzelina (10), ainda não descritas para a espécie, além de quatro neolignanas hexaidrobenzofurânicas (2-5) anteriormente descritas para mesma. Nos embriões somáticos in vitro constatou-se o acúmulo de duas neolignanas hexaidrobenzofurânicas (2, 3) e duas biciclo[3.2.1]octânicas (6, 7), dois sesquiterpenos (8, 9) e um fenilpropanóide (11). A neolignana biciclo[3.2.1]octânica (7S,8R,1\'R,2\'R,3\'R)-2\'-acetoxi-3,4-metilenodioxi-3\',5\'-dimetoxi-4\'-oxo-Δ1,3,5,5\',8\'-8.1\',7.3\'-neolignana (7), o sesquiterpeno (-)-eudesm-11-em-4α-ol (9) e o fenilpropanóide 6-metóxieugenol (11) não haviam sido isolados anteriormente desta espécie. O perfil dos metabólitos secundários incluiram análises do óleo essencial das folhas cuja análise indicou a predominância de mono- e sesquiterpenos e ausência de fenilpropanóides. Além disso, foram avaliadas atividades antifúngica e antioxidante nos extratos e substâncias isoladas. A fração de CHCl3 do extrato etanólico mostrou atividade antifúngica contra Cladosporium cladosporioide ou C. sphaerospermum. As frações de CHCl3 e de AcOEt do extrato etanólico, as neolignanas hexaidrobenzofurânica (5), biciclooctânica (6), o flavonóide glicosilado (10) e o fenilpropanóide (11) apresentaram atividade antioxidante através do método de DPPH (1,1-difenil-2-picril-hidrazila). A avaliação de hipóteses biossintéticas envolvidas na formação de neolignanas em O. catharinensis fizeram uso de culturas embriogênicas como modelo experimental. Foram realizados diversos estudos de bioconversões de precursores como o isoeugenol e 5-metoxieugenol utilizando-se suspensões celulares e frações enzimáticas porém as conversões in vivo utilizando-se precursores marcados e os embriões foram melhor sucedidas. Entre os precursores radioativos, a L-[U-14C]-fenilalanina foi incorporada às neolignanas hexaidrobenzofurânicas (2, 0,30% e 3, 0,19%) e biciclooctânica (6, 0,12%). No caso do ácido [8-14C]-ferúlico, esse foi incorporado à neolignana hexaidrobenzofurânica (2, 0,17%). Por outro lado, o uso de L-[1-13C]-fenilalanina e análise por espectrometria de massas-massas confirmou o enriquecimento de 13C nas neolignanas hexaidrobenzofurânicas (2 e 3). A análise por RMN de 13C indicou o enriquecimento de 4,3 e 5,0% nos carbonos C9 e C9\', respectivamente. Desta maneira, através dos dados de incorporação desses precursores, desvenda-se parte da via biossintética de neolignanas em O. catharinensis. / The phytochemical study of Ocotea catharinensis (Lauraceae) leaves resulted in the isolation of tetrahydrofuran neolignan veraguensin (1) and glycosylated flavonoid afzelin (10), not yet described for this species, besides four hexahydrobenzofuran neolignans (2-5), which had been previously described. The in vitro somatic embryos showed the accumulation of two hexahydrobenzofuran (2, 3) and two bicyclo[3,2,1]octane (6, 7) neolignans, two sesquiterpenes (8, 9) and one phenylpropanoid (11). Among these compounds (7S,8R,1\'R,2\'R,3\'R)-2\'-acetoxy-3,4-methylenedioxy-3\',5\'-dimethoxy-4\'-oxo-Δ1,3,5,5\',8\'-8.1\',7.3\'-neolignan (7), (-)-eudesm-11-en-4α-ol (9) and 6-methoxy-eugenol (11) have not been previously described for this species. The profile of secondary metabolite included the analysis of essential oil of leaves which indicated the predominance of mono- and sesquiterpene and no phenylpropanoids. In addition, antifungal and antioxidative activities were performed with extracts and isolated compounds. The CHCl3 fraction of ethanol extract exhibited antifungal activities against Cladosporium cladosporioide or C. sphaerospermum. The CHCl3 and EtOAc fractions of ethanol extract, the hexahydrobenzofuran (5) and a bicyclo[3.2.1]octane (6) neolignans, afzelin (10) and 6-methoxy-eugenol (11) displayed antioxidant activities using DPPH (1,1-diphenyl-2-picryl-hydrazyl). The evaluations of biosynthetic hypothesis for neolignan formation in O. catharinensis were based on the use of embriogenic culture as an experimental model. Several assessment for conversion of putative precursors such as eugenol and 5-methoxyeugenol were evaluated using suspension cells and cell free preparations but none of them were as effective as in vivo conversion using labeled precursors directly in embryos. Among the radioactive precursors L-[U-14C]-phenylalanine was incorporated to hexahydrobenzofuran (2, 0.30%; 3, 0.19%) and bicyclo[3.2.1]octane (6, 0.17%) neolignans while [8-14C]-ferulic acid was incorporated only to the hexahydrobenzofuran neolignan (2, 0,17%). The tandem mass spectrometry analysis confirmed the incorporation of 13C atoms in the neolignans (2, 3) indicating the incorporation of one or two molecules of L-[1-13C]-phenylalanine. The analysis of 13C NMR data revealed the enrichment of 4.3 and 5.0% at the positions C9 and C9\', respectively. In summary, the labeling experiments have contributed to unravel the biosynthesis of neolignans in O. catharinensis.

O presente trabalho teve por objetivo realizar experimentos de incorporação de precursores isotopicamente marcados em produtos naturais isolados do meio de cultura de duas espécies de fungos do gênero Penicillium, de maneira a se verificar a rota de biossíntese dos compostos produzidos pelas linhagens P. citrinum F53 e P. oxalicum F30. Para tanto, os meios de cultura utilizados na fermentação das linhagens foram enriquecidos com os seguintes precursores: [1-13C1]acetato de sódio, [1,2-13C2]acetato de sódio, [2,3-13C2]propionato de sódio, [metil-13C1]metionina, [1-13C1]glicose, [U-13C5]ornitina, [U-13C6]lisina, [U-13C5]prolina, [U-13C6]histidina, [2-indol-13C1]triptofano e [U-13C6]ácido antranílico, separadamente. Ao final do período de fermentação, as culturas foram separadamente submetidas à extração em fase sólida e analisadas por CLAE/UV/EM/IES. Os experimentos de incorporação que apresentaram resultados positivos tiveram seus produtos purificados por CLAE/UV e analisados por RMN de 13C. Os resultados obtidos mostraram que dois dihidropirrois produzidos por P. citrinum F53 são formados por uma rota biossintética mista, oriunda de um resíduo de ornitina, um grupo metila derivado da metionina e uma cadeia policetídica derivada do acetato. Os alcaloides citrinalina B e 17-hidroxicitrinalina B, também produzidos por P. citrinum F53, são ambos derivados de dois resíduos de aminoácidos, ornitina e triptofano (via ácido antranílico), e dois grupos isopreno derivados da glicose (via mevalonato). Os alcaloides oxalina e meleagrina, produzidos por P. oxalicum F30, são formados a partir de uma via biossintética mista derivada de dois resíduos de aminoácidos, histidina e triptofano (via ácido antranílico), e grupos metila derivados da metionina. / The present investigation aimed to carry out feeding experiments for the incorporation of isotopic labeled precursors on natural products isolated from the culture media of two fungal species belonging to the Penicillium genus, in order to verify the biosynthetic pathway of the compounds produced by the P. citrinum F53 and P. oxalicum F30 fungal strains. Culture media used in the fermentation of the fungal strains were enriched with the following isotopic labeled precursors: [1-13C1]sodium acetate, [1,2-13C2]sodium acetate, [2,3-13C2]sodium propionate, [methyl-13C1]methionine, [1-13C1]glucose, [U-13C5]ornithine, [U-13C6]lysine, [U-13C5]proline, [U-13C6]histidine, [2-indol-13C1]tryptophan, and [U-13C6]anthranilic acid, separately. At the end of the fermentation period, culture media were separately subjected to solid phase extraction and analyzed by LC/UV/ESI/MS. The incorporation experiments that showed positive results were purified by HPLC/UV, and the pure compounds labeled in different positions were then analyzed by 13C-NMR. The results demonstrated that two dihydropyrroles produced by P. citrinum F53 were formed via a mixed biosynthetic route, derived from ornithine, a methyl group derived from methionine, and a polyketide chain derived from acetate. The alkaloids citrinalin B and 17-hydroxycitrinalin B, also produced by P. citrinum F53, are both derived from two amino acid residues, ornithine and tryptophan (via anthranilic acid), and two isoprene units derived from glucose via the mevalonate pathway. The alkaloids oxaline and meleagrine, produced by P. oxalicum F30, are formed via a mixed biosynthetic pathway by two amino acid residues, histidine and tryptophan (via anthranilic acid), and methyl groups derived from methionine.

Estratégias guiadas por genoma foram utilizadas a fim de examinar o potencial biossintético de microorganismos da classe Betaproteobacteria no âmbito de Produtos Naturais. Uma estratégia capaz de ser expandida para todos os tipos de microorganismos foi criada para estimar as reações enzimáticas das Peptideo Sintetases Não Ribossomais a fim de sistematizar a e analisar suas similaridades biossintéticas. Todas as bases de dados e software user-friendly foram adotadas a fim de tornar esta estratégia simples e mais abrangente. Elas foram NCBI, KEGG, NORINE, antiSMASH, Cystoscape, Gitools, MEGA e Clustal. Os resultados tornaram possível a criação de uma stratégia, chamada XPAIRT (eXPAndable Identification of amino acids in nonRibosomal peptides Tendencies) correlacionando pares de peptídeos e seus genomas similares via Jaccard Index e filogenia. Neste contexto, espécies Betaproteobacteria mostraram sintetizar produtos naturais seguindo certa similaridade biossintética na montagem de monômeros para a construção do esqueleto peptídico. Subunidades estruturais tais como asp.ser e orn.ser foram amplamente encontradas. Essas similaridades foram correlacionados gerando índice de similaridade entre espécies e sua distribuição entre genomas semelhantes, que foram nomeados como contribuíntes. Quanto maior a identidade genômica de um cluster de gene biossintético para um produto natural de forma geral, maior a chance de um contribuínte expressar pares similares relativos ao cluster em questão. A partir de análises de contagem de clusteres de genes biossintéticos, pôde-se eleger microorganismos promissores para isolamento de amostras ambientais. Essas análises mostraram que espécies do gênero Burkholderia são as mais promissoras quando comparadas a todos os genomas disponíveis da subclasse Betaproteobacteria. Análises genômicas da espécie padrão do gênero, Burkholderia thailandensis mostraram que cromossomos 1 e 2, em comparação a uma cepa produtora de antibióticos padrão, S. coelicolor, não apresentarem mesmas informações para biossíntese de compostos, mas apresentam similaridades de classes, sendo elas, Terpenos, T1PKS, Bacteriocinas e Peptídeos Não Ribossomais. Todos os resultados não tiveram correlações com os clusteres de S. coelicolor evidenciando que B. thailandensis apresenta-se promissora para a descoberta de novos compostos. Como espécies do gênero Burkholderia foram o principal alvo neste trabalho, um método guiado por genoma foi desenvolvido para isolar tanto quanto possível cepas de amostras ambientais. O método levou em consideração as necessidades básicas de um microorganismo para sobreviver: a) o tipo de microbioma que os microorganismos de interesse se encontram, analizados através de resultados de metagenômica, b) resistência à antibióticos e metais, c) capacidade de metabolizar compostos com papel biológico, d) crescimento celular e nutrientes, e e) variações de pH e crescimento celular. Todas as análises foram cruzadas e os melhores candidatos à composição de meios de culturas celular específicos para o isolamento de microorganismos do gênero Burkholderia foram selecionados. A estratégia foi bem-sucedida para diversos tipos de amostras. Estes experimentos excepcionais demonstraram a eficácia na resolução de problemas químico-biológicos auxiliando a análise posterior de novos produtos naturais. / Genome-guided strategies were applied to examine Betaproteobacteria species potential for the biosynthesis of nonribosomal peptides. A generalizable strategy was created to track similarities in enzymatic reactions of nonribosomal peptides synthetases in order to organize their capability of assembling monomers building the peptides backbones. Databases and user-friendly software were adopted making this strategy a comprehensive one. Databases and software adopted, as well as, NCBI, KEGG, NORINE, antiSMASH, Cystoscape, Gitools, MEGA e Clustal were used for this purpose. Betaproteobacteria species showed to possess biosynthetic similarities in assembling monomers for the peptide backbone of a nonribosomal peptide. These evidences were correlated giving similarities indexes between species and their distribution between similar genomes. Predictions were fragmented in several ways, for example, monomers, pairs and triads. Correlation analyses displayed that pairs it is the best way of tracking similarities. This result turned possible to create a strategy, named XPAIRT (eXPAndable Identification of amino acids in nonRibosomal peptides Tendencies) correlating pairs of peptides and their similar genomes via Jaccard Index and phylogeny. Thought these investigations it was noticed that Betaproteobacteria species generally assemble asp.orn and orn.ser, mainly Burkholderia species, among other pairs of peptides. Further analysis showed that species from the genera Burkholderia are the most promising ones due to their Biosynthetic Gene Cluster counting for all available Betaproteobacteria genomes. These species were further analyzed and a standard strain, Burkholderia thailandensis, was used to the identification of intraspecific variation for their biosynthetic potential. A specific study on Biosynthetic Gene Cluster variation was proceeded for discovering disparities between chromosomes 1 and 2, and a standard antibiotic producer strain, S. coelicolor. Results showed that B. thailandensis have different possibilities for biosynthesizing natural products. Even thought, common classes of compounds such as, Terpenes, Bacteriocins, T1PKS and Nonribosomal Peptides were identified for all strains. As Burkholderia species were the main target in this work, a genome-guided method was developed for isolating as much strains as possible from environmental samples. This very method took into account the basic needs for a microorganism to survive: a) the type of microbiome that microorganisms of interest coexist, analyzed through metagenomics, b) resistance to antibiotics and metals, c) ability to metabolize compounds with biological role, d) cell growth related to different nutrients, and e) cell growth under pH variations. The strategy was successful for diverse types of samples. These exceptional experiments are part of a novel way of working with Natural Products, using genomic, bioinformatics and visual statistical analysis in order to access common characteristics and uniqueness of species guiding the search of medically relevant natural products. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

Embriões somáticos de Ocotea catharinensis foram utilizados como modelo para a investigação da via biossintética para a formação de neolignanas com esqueleto benzofurânico, através do uso de precursores marcados com 13C e análise dos produtos por RMN de 13C. Isotopômeros de L-[13C]-fenilalanina administrados aos embriões, foram incorporados às neolignanas 5\'-metoxiporosina e armenina B . Entre os precursores intermediários, o acetato de [8-13C]-coniferila, preparado a partir da condensação de Knoevenagel seguido de várias etapas, foi incorporado na neolignana 5\'-metoxiporosina. No ensaio de bioconversão utilizando frações proteicas das culturas dos embriões de O. catharinensis, o acetato de coniferila foi convertido em isoeugenol que, junto com o eugenol, seriam os precursores hipotéticos para a formação dessas neolignanas. A análise filogenética de diversas espécies de Lauraceae indicou a proximidade entre espécies do gênero Ocotea, produzindo como principais metabólitos lignanas e neolignanas. Foi obtida a seqüência parcial do gene de proteína dirigente em O. catharinensis e O. macrophylla e a análise filogenética baseada na homologia das seqüências de proteína dirigente de Ocotea e de espécies de diferentes gêneros, indicaram um clado distinto formado para espécies de Ocotea. Estes dados dão suporte para a proposta de que neolignanas di-hidrobenzofurânicas seriam oriundas do acoplamento oxidativo entre unidades de E-isoeugenol e 5-metóxi-eugenol, com possível participação de proteína dirigente na regio- e estereoespecificidade das reações de dimerização . Baseando-se nestes resultados foi possível propor algumas etapas envolvidas na biossíntese de neolignanas. / Somatic embryos of Ocotea catharinensis were used as model to investigate the biosynthetic pathway of benzofuran neolignans formation by means of feeding precursors followed by analysis with 13C NMR. Isotopomers of L-[13C]-phenylalanine were administered to embryos and incorporated into di-hydrobenzofuran neolignans. Among the intermediate precursors, [8-13C]-coniferyl acetate, prepared by Knoevenagel and several steps, was incorporated in the neolignan 5\'-methoxyporosin. The studies of bioconversion using protein fraction obtained from the embryogenic cultures, the precursor coniferyl acetate was converted into isoeugenol, which together eugenol, is one of the putative precursors to the neolignans formation. Phylogenetic analysis of several species of Lauraceae indicated the proximity of Ocotea species producing lignans and neolignans as the main metabolites. A partial sequence of the dirigent protein gene from O. catharinensis and O. macrophylla were obtained and the phylogenetic analysis based on homology of dirigent protein sequences from Ocotea and from different plant genus indicated a distinct clade formed by Ocotea species. These findings support the hypothesis that the dihydrobenzofuran neolignans would be derived from the oxidative coupling between E- isoeugenol and 5- methoxy-eugenol and the dirigent protein would be involved in the regio- and stereospecificity of the dimerization reactions. Thus, it was possible to suggest some of the steps involved in the biosynthesis of neolignans.

A biomassa vegetal, seja como produto de interesse econômico ou do ponto de vista ecológico, é estritamente dependente do processo fotossintético. O advento das técnicas de biologia molecular e transformação genética de plantas trouxe boas perspectivas para a alteração do processo fotossintético, já que pouco foi conseguido com o melhoramento vegetal tradicional. Modificações genéticas nos LHCs (estruturas responsáveis pela captação e transferência da energia luminosa) mostram-se promissoras. Plantas transgênicas de tabaco (Nicotiana tabacum, L.) que expressam o gene quimérico Lhcb1*2 de ervilha têm sido estudadas por apresentarem uma série de alterações no metabolismo fotossintético, além de um ganho genético em relação à planta selvagem original. Vários autores observaram mudanças morfológicas, fisiológicas, bioquímicas e adaptativas que favorecem estas plantas em diversas condições de cultivo. Diversos experimentos foram realizados no intuito de melhor caracterizar as plantas transformadas com o gene Lhcb1*2 de ervilha. O potencial produtivo foi avaliado através da análise de crescimento e produção de massa seca. O metabolismo fotossintético foi analisado através de medidas de assimilação de CO2, fluorescência da clorofila a, metabólitos do ciclo de Calvin-Benson, glicólise e ciclo de Krebs, carboidratos (amido e sacarose) e aminoácidos. Os resultados obtidos mostram uma redução da taxa de fotorrespiração pelas plantas transgênicas. Esta redução promoveu o aumento do período de crescimento vegetativo e produção de biomassa, à semelhança do que ocorre em plantas cultivadas sob baixa pressão de oxigênio (5%) ou alto CO2. Entretanto, ao contrário do que ocorre nessas condições, a produção de sementes e o peso nas linhagens transgênicas não foram reduzidos. / Plant biomass, seen either from the economic or the ecological points of view, is highly dependent upon photosynthesys. The development of molecular biology and genetic engineering techniques brought great perspectives for the improvement of the photosynthetic process, since few progress had been achieved with traditional plant breeding. Genetic alteration of the LHCs (structures responsible for the capture and distribution of radiant energy) seems promising. Transgenic tobacco plants (Nicotiana tabacum, L.) over expressing the pea Lhcb1*2 gene have been studied. They present several alterations in the photosynthetic metabolism which lead to a genetic improvement of them in relation to the original plant. Many authors observed morphological, physiological, biochemical and adaptative changes which were benefical to these plants to diverse growing conditions. Several experiments were carried out in order to better characterize these transgenic tobacco lines. The potential for production was evaluated, via dry wight and growth rate. The photosynthetic metabolism was analyzed through CO2 assimilation, chlorophyll fluorescence, metabolites of the Calvin-Benson, glycolysis and Krebs cycles, carbohydrates (starch and sucrose) contents and amino acids. The results obtained show a reduction in photorespiration rate in the transgenic plants. Such reduction lead to on extension of the plant growing period and on enlargment of the biomass, similar to what occurs in plants growing under low O2 (5%) or high CO2 conditions. However, in contrast to what normally happens under these conditions, dry weight and seed production were not reduced in the transgenic lines.

Peperomia pellucida (L.) HBK (Piperaceae) (erva de jaboti) é uma herbácea amplamente encontrada nos trópicos e que possui diversas propriedades biológicas. Seus estudos fitoquímicos haviam demonstrado a presença da pellucidina A, uma rara dinorlignana ciclobutânica, que seria formada por acoplamento oxidativo de 2,4,5- triidroxi-estireno seguido de metilações. Nesse trabalho, foram caracterizados o ácido 2,4,5-trimetoxi-cinâmico, 2,4,5-trimetoxi-estireno, 2,4,5-trimetoxi-benzaldeído, dilapiol, 5,6,7-trimetoxi-flavona, sesamina, além da pellucidina A. Estudos de aspectos dinâmicos envolvidos na formação da pellucidina A incluíram a ontogenia e respostas à diferentes tratamentos como estresse hídrico, predação por herbívoros, ácido jasmônico e luz UV360. O tratamento com ácido jasmônico resultou num significativo incremento do dilapiol enquanto que, o tratamento sob luz UV360 resultou no aumento na produção da pellucidina A sugerindo um mecanismo de cicloadição [2+2] para sua biossíntese. A administração de diferentes precursores in vivo revelou que a L-[2-13C]- fenilalanina (0,75%), ácido [8-13C]-cinâmico (1,32%), ácido [8-13C]-ferúlico (0,51%), ácido 2,4,5-trimetoxi-[8-13C]-cinâmico (7,9%) e o 2,4,5-trimetoxi-estireno (13,3%) foram incorporados à pellucidina A. Ensaios de conversão enzimática indicaram a descarboxilação do ácido 2,4,5-trimetoxi-cinâmico em 2,4,5-trimetoxi-estireno enquanto que o 2,4,5-trimetoxi-estireno foi dimerizado em pellucidina A através da reação de cicloadição [2+2] sensibilizada pela presença da 5,6,7-trimetoxi-flavona (18,45%), tal qual a benzofenona (11,15%). Assim, sugere-se a sequência L-fenilalanina, ácido cinâmico, ácido 2,4,5-trimetoxi-cinâmico, 2,4,5-trimetoxi-estireno e pellucidina A, sendo a última etapa através de mecanismo fotoquímico tendo como sensibilizador a 5,6,7-trimetoxi-flavona. / Peperomia pellucida (L.) HBK (Piperaceae) (erva de jaboti) is an herbaceous plant that is widespread in the tropics and have several biological properties. Previous reports described the presence of pellucidin A, a rare dinorlignan having the unique cyclobutane moiety, that was supposedly formed by oxidative coupling of the precursor 2,4,5-trihydroxy-styrene followed by methylations steps. In this study, a comprehensive phytochemical study resulted in the description of 2,4,5-trimethoxy-cinnamic acid, 5,6,7-trimethoxy-flavone, 2,4,5-trimethoxy-styrene, 2,4,5-trimethoxy-benzaldehyde, dillapiol and sesamin in addition to pellucidin A. Studies of the dynamic aspects involved in the formation of pellucidin A included changes during ontogeny and responses to different treatments such as drought stress, herbivory, jasmonic acid and UV360 light. The treatment with jasmonic acid resulted in a significant increase in dillapiol whereas treatment under UV360 light resulted in an increase in production of pellucidin A, suggesting that a cycloaddition [2+2] mechanism is involved in its formation. The in vivo administration of different precursors to plants of P. pellucida revealed that L-[2-13C]-phenylalanine (0.75%), [8-13C]-cinnamic acid (1.32%), [8-13C]-ferulic acid (0.51%) 2,4,5-trimethoxy-[8-13C]-cinnamic acid (7.9%) and 2,4,5-trimethoxy-[8-13C]-styrene (13.3%) were incorporated into pellucidin A. The enzymatic conversion assays indicated decarboxylation of 2,4,5-trimethoxy-cinnamic acid into 2,4,5-trimethoxy-styrene while the 2,4,5-trimethoxy-styrene was dimerized in the pellucidin A by cycloaddition reaction [2+2] sensitized by 5,6,7-trimethoxy-flavone (18.45%), as well as by benzophenone (11.15%). Thus, we suggest the sequence L-phenylalanine, cinnamic acid, 2,4,5-trimethoxy-cinnamic acid, 2,4,5-trimethoxy-styrene and pellucidin A, the last step being carried out by a photochemical mechanism having 5,6,7- trimethoxy-flavone as a sensitizer.

Submitted by Helena Bejio (helena.bejio@unioeste.br) on 2019-03-30T00:09:22Z No. of bitstreams: 2 Tese lucas versão final PDF.pdf: 2965280 bytes, checksum: 244606c4ebdb2f08f4f12a98bcba4743 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2019-03-30T00:09:22Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese lucas versão final PDF.pdf: 2965280 bytes, checksum: 244606c4ebdb2f08f4f12a98bcba4743 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2019-02-21 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The use of herbicides in the control of weeds is fundamental in agricultural productivity, however, some even selective herbicides result in crop intoxication. Another condition of very important condition is the water limitation that reduces the productivity of crops. Thus, this thesis was to evaluate the inoculation of plant growth promoting bacteria Azospirillum brasilense in seeds or foliar spray as well plant growth regulator in foliar spray, in reduction of oxidative stress caused by herbicide inhibitors of carotenoid synthesis in maize and drought in soybean. For this, three experiments were developed in corn, one in greenhouse for evaluation of the biometric, physiological and biochemical variables and two under field conditions for evaluation of the production components. In both the local experiments were carried out in randomized blocks in a 4x2, and four replications. The first factor was composed of treatments: control; seed inoculation with A. brasilense; foliar spray application with A. brasilense; and foliar spray application of plant growth regulation with auxin, gibberellin and cytokinin. Foliar spray treatments were applications in tank mix with herbicide mesotrione (192 g ha-1) in V3 stage. The second factor was formed for presence or absence of mesotrione. The results obtained demonstrate that the application of mesotrione reduces the gas exchanges of maize and the treatments applied not protect the maize from the intoxication provided by the herbicide, and do not increase the productivity of the crop. A randomized block design was used for soybean with five treatments and five replications: irrigated control; drought control; seed inoculation with A. brasilense in drought; foliar spray application A. brasilense in drought; foliar spray application auxin, gibberellin and cytokinin in drought. The imposition of drought occurred in full bloom, with daily evaluations. The evaluation consisted of soil gravimetric moisture, relative water content, photosynthetic response curves in function of different photon flux densities, gas exchange, chlorophyll a fluorescence, antioxidant enzyme activity, photosynthetic pigment content, and production components per plant at the end of the crop. In general, the results show that the foliar spray application of A. brasilense or plant growth regulator alleviates the effects of the drought in photosynthetic curves, in gas exchange, in chlorophyll a fluorescence, in photosynthetic pigment content and increase the activity of the enzyme system by reducing lipid peroxidation. When considering the production by plants all the treatments employed mitigate the losses in relation to the drought control. Therefore, the use of A. brasilense via seed or foliar spray application and plant regulators via foliar spray do not bring beneficial effects on the intoxication of corn with mesotrione. However, when considering the drought in the soybean, the treatments soften the losses in yield per plant due to mitigate the effects on plant biochemical and physiological system. / O uso de herbicidas no controle de plantas daninhas é fundamental na produtividade agrícola, todavia, alguns herbicidas mesmo seletivos resultam em intoxicação das culturas. Outra condição de suma importância é a limitação hídrica que reduz a produtividade das culturas. Assim, a presente tese teve como objetivo avaliar a inoculação da bactéria promotora de crescimento vegetal Azospirillum brasilense via semente ou foliar bem como a aplicação de reguladores vegetais via foliar, na redução dos estresses oxidativos causado por herbicida inibidores da síntese de carotenoides no milho e da deficiência hídrica na soja. Para isso, foram desenvolvidos três experimentos com a cultura do milho, sendo um em casa de vegetação para avaliação das variáveis biométricas, fisiológicas e bioquímicas e dois em condições de campo para avaliação da produtividade. Em ambos os locais os experimentos foram desenvolvidos em delineamento de blocos casualizados em esquema fatorial 4x2 e quatro repetições. O primeiro fator foi composto dos tratamentos: controle; inoculação das sementes com A. brasilense; aplicação foliar de A. brasilense; e aplicação foliar de regulador vegetal com auxina, giberelina e citocinina. Os tratamentos foliares foram aplicados em mistura de tanque com o herbicida mesotriona (192 g ha-1) no estádio V3 da cultura. O segundo fator foi formado pela presença ou ausência de mesotriona. Os resultados obtidos demonstram que a aplicação de mesotriona reduz as trocas gasosas da cultura do milho e que os tratamentos aplicados não protegem o milho da intoxicação provida pelo herbicida, bem como não incrementam a produtividade da cultura. Para a cultura da soja adotou-se um delineamento de blocos casualizados com cinco tratamentos e cinco repetições: controle irrigado; controle seco; inoculação das sementes com A. brasilense em déficit hídrico; aplicação foliar de A. brasilense em déficit hídrico; aplicação foliar de auxina, giberelina e citocina em déficit hídrico. A imposição do déficit hídrico ocorreu no florescimento pleno, com avaliações diárias. As avaliações constituíram-se de umidade gravimétrica do solo, teor relativo de água, curvas de respostas fotossintéticas em função de diferentes densidades de fluxo de fótons, trocas gasosas, fluorescência da clorofila a, atividade das enzimas do sistema antioxidante, teores de pigmentos fotossintéticos, e componentes de produção por planta ao final do ciclo da cultura. De forma geral os resultados evidenciam que a aplicação foliar de A. brasilense ou de regulador vegetal mitigam os efeitos do déficit hídrico na curva fotossintética, nas trocas gasosas, na fluorescência da clorofila a, nos pigmentos fotossintéticos e elevam a atividade do sistema enzimático reduzindo a peroxidação de lipídeos. Quando se considera a produção por plantas todos os tratamentos empregados minimizaram as perdas em relação ao tratamento controle seco. Portanto, o uso de A. brasilense via semente ou foliar, bem como reguladores vegetais não atenua a intoxicação de mesotriona no milho. No entanto, ao considerar o déficit hídrico na cultura da soja, os tratamentos reduzem as perdas em produção por planta, por mitigarem os danos no sistema fisiológico e bioquímico das plantas.

Os polihidroxialcanoatos constituem um grupo de poliésteres acumulados por inúmeras bactérias na forma de grânulos intracelulares, que podem representar até 80% da massa seca celular. No presente trabalho, foi avaliado o comportamento de diferentes linhagens quanto a capacidade de metabolizarem ácidos graxos livres e óleo de soja para a produção de biopolímeros e, posteriormente, em biorreator, algumas linhagens selvagens e recombinantes foram testadas na presença ou não de um inibidor da b-oxidação. Experimentos em frascos agitados, mostraram valores de teor de PHA em até cerca de 70% na biomassa total com cerca de 5% de monômeros de cadeia média permitindo selecionar as linhagens Cupriavidus necator e Burkholderia cepacia para os ensaios seguintes. Experimentos em biorreator mostraram que, as variáveis manipuláveis quanto ao fluxo de óleo de soja, de co-substratos e o inibidor de b-oxidação não influenciaram, significativamente, no rendimento de P3HB/3HAmcl formado quando utilizado Burkholderia cepacia IPT-048, entretanto, contribuíram na síntese de 3HV. Durante os ensaios, o aumento do número de cópias do gene phaB em Cupriavidus necator, aparentemente, não contribuíram para o aumento do rendimento de 3HHx, porém, outras variáveis manipuláveis deverão ser propostas para a confirmação. / The poly-3-hydroxyalkanoates (PHA) are a group of polyesters accumulated for several bacteria in the intracellular granule form, that can represent up to 80% of the dry mass cellular. The main advantage of the biopolymers on the synthetic materials is its degradation in the environment. Recycable raw materials can be used as carbon sources for the production biodegradable polymer. Some polymers have appeared in literature having mechanical characteristic considered appropriate in such a way for use in packings (flexible and covering films), how base for controlled release of asset to be applied in the pharmacological-medical and foods area. The P3HB-co-3HAmcl are 3-hydroxybutyrate copolymers and 3-hydroxyacyl of 6 or more carbon atoms which has aroused interest for to present intermediate properties between HB and HAmcl, having taken care of the requirements for diverse applications. Some strains are distinguished, however, assays in bottles agitated with the Cupriavidus sp. and Burkholderia sp. strains, using as substratum greasy free acid and soy oil, had led the promising results. In the present work, first, was evaluated the behavior of different strains (Cupriavidus necator DSM545 IPT-026, C. necator H16 IPT-027, Pseudomonas sp. IPT-066, Burkholderia cepacia IPT-048 and B. sacchari IPT-189) how much to metabolizer capacity of free fatty acids and soybean oil for the production of biopolymers and, later, in tank bioreactor some wild strains and recombinant had been tested together or not of an inhibitor of the boxidation (acid acrylic). Experiments in bottles with agitation, had shown values of PHA in about 70% of the total biomass with about 5% monomers chain average allowing to select the Burkholderia cepacia IPT-048 and Cupriavidus necator DSM545 strains for the following assays. Experiments in tank bioreactor had shown that, the interactions between the substratum, co-substratum and the inhibitor of boxidation had influenced in the amount of formed P3HB/3HAmcl when used the Burkholderia cepacia IPT-048 strains, contributing for the synthesis of 3HV and 3HHx. When used only the soybean oil (5g/L) was gotten an amount of HHx with about 6 mol% with Burkholderia cepacia strains. In this same condition was verified that after some determined period also proved monomer HV in an amount of 0.20 mol%. Adding the acid acrylic (0.18 g/L) were gotten 1.50 mol% of HHx, however, differently of the previous condition the amount of HV varied of 0.91 - 2.77 mol%. A conclusion for the condition soybean oil and acrylic acid is that, the strains is using the acrylic fatty acid as carbon source, or either, the formation of acrylil-CoA with consequent formation of chains with 5 carbons. Similar results had been gotten when analyzed extracted polymer, or either, after the stage of extraction with chloroform was verified that the amount varied of 1.60 - 2.14 mol%. When added to a cosubstratum in the phase of accumulation (caproic fatty acid) and absence of the acrylic acid, it did not have the increase of HHx in relation to the previous variable, as much that, the amount of monomer reached about 0.50 mol%. In this condition, the presence of the acrylic fatty acid also did not contribute for the HV synthesis, not having been observed monomers during the assays. In the following phase, in which we work with Cupriavidus necator and a recombinant (Cupriavidus necator::phaB) strains, was verified that the gotten amount of HHx had been similar, about 0.30 mol%. Our hypothesis, we believe that the increase of the number of copies of the gene phaB could contribute for the increase of the carbon flow in the direction to raise the amount of 3HB how much of other monomers. As in the assays in bottles with agitation substrat caproic and caprylic fatty acids they had been distinguished also when availabled 2g/L and the soybean oil of in a concentration of 5g/L, we analyze the strains recombinant with soybean oil and caprylic fatty acid with 5 g/L. The insistence in the use of the caprylic fatty acid was based on the fact of the possibility of strains to oxidate part of fatty acids for the production of cells and energy and, at the moment that had the nitrogen limitation, to begin the accumulation phase dividing two carbons for the production of acetyl-CoA and the remain of the chain was stored in the form of 3HHx. The caprylic fatty acid disponibility it did not have the monomer attainment, therefore, Cupriavidus necator and Cupriavidus necator::phaB had its replyed inhibited capacity by the substratum. In the added soybean oil bottles with and without the acrylic fatty acid the behavior it was the opposite to the observed with caprylic fatty acid. During the incubation period, for both the strains, the amount of PHA, and consequently, the percentage of 3HB in the dry mass cellular was of 22.95% (100 mol%) and 25.90% (100 mol%) in 28ª and 24ª hours, respectively. In this condition, in the recombinant strains, also was observed the presence of HHx between 32ª and 49ª hour with a maxim amount of 1.10 mol%. From the results it can be concluded that the Burkholderia cepacia is considered a promising strains for the attainment of HHx and HV allowing that soybean oil with and without the acrylic fatty acid, respectively. The increase in the number of copies of the gene phaB in Cupriavidus necator apparently did not contribute with the increase of 3HHx efficiency however, other handling variables will be proposed for confirmation.