O cádmio (Cd) é considerado um metal extremamente tóxico à maioria dos organismos. As plantas constituem a principal forma de entrada deste metal na cadeia alimentar. O tomate, uma espécie amplamente utilizada para consumo humano, foi recentemente identificado como hiperacumulador de Cd. Diante disso, o presente trabalho objetivou quantificar o teor de Cd nas folhas e frutos de seis cultivares de tomate, bem como caracterizar os genes possivelmente envolvidos na tolerância e na hiperacumulação de Cd nesta espécie. Para tanto, as cultivares de tomate foram cultivadas na presença da dose de Cd de 90 mg Kg-1 ou na ausência deste metal. Simultaneamente, foi procedida uma busca de genes ortólogos aos HMAs (HMA1 – HMA4) de Arabidopsis thaliana, os quais formam um grupo de transportadores de metais, incluindo o Cd. Através desta busca, foi identificado em tomate um ortólogo ao HMA1 de A. thaliana. A expressão do HMA1 e também do LeNRAMP3, LeFER, LeIRT1 e LeNRAMP1, os quais são genes envolvidos no transporte de metais em tomate, foi comparada entre as plantas cultivadas com e sem Cd. Na maioria das cultivares de tomate, todos os genes avaliados foram responsivos ao Cd, sendo verificado um aumento nas expressões em resposta a presença do metal no substrato. Todas as cultivares de tomate utilizadas foram caracterizadas como hiperacumuladoras de Cd e foram capazes de acumular o metal nos frutos. No intuito de caracterizar o papel do HMA1 durante o processo de hiperacumulação de Cd em tomate, este gene foi empregado nas etapas que compõem o silenciamento gênico induzido por vírus (VIGS). O silenciamento do HMA1 não teve efeito na acumulação de Cd na parte aérea de tomate. Por outro lado, o silenciamento deste gene resultou na redução do peso seco das raízes e no aumento da intensidade dos sintomas de clorose nas plantas cultivadas com Cd a 0,7 mM. Em conjunto, os resultados indicam que o tomate representa um organismo modelo atrativo para a elucidação dos mecanismos envolvidos na tolerância e na hiperacumulação de Cd. / Cadmium (Cd) is considered an extremely toxic metal to most organisms. Plants are the main pathways for Cd entry into the food chain. Tomato, a species widely used for human consumption, was recently identified as a Cd hyperaccumulator. Therefore, this study aimed to quantify Cd content in leaves and fruits of six tomato cultivars, as well as characterize the genes possibly involved in Cd tolerance and hyperaccumulation in this species. To this end, the tomato cultivars were grown in the presence of Cd at 90 mg kg-1 or in the absence of the metal. Simultaneously, a search for orthologous genes to HMAs (HMA1 - HMA4) from Arabidopsis thaliana was performed, these genes are a group of metal transporters, including Cd. By this search, was identified an ortholog of HMA1 from A. thaliana in tomato. The expression of HMA1 and also of the genes LeNRAMP3, LeFER, LeIRT1 LeNRAMP1, which are involved in transport of metals in tomato, was compared between plants grown with and without Cd. In most tomato cultivars, all genes were responsive to Cd, and it was verified an increase in expression in response to the metal presence. All the tomato cultivars used were characterized as Cd hyperaccumulators and were able to accumulate the metal in the fruits. In order to characterize the role of the HMA1 during the process of Cd hyperaccumulation in tomato, this gene was used in the steps that comprise the virus induced gene silencing (VIGS). The silencing of HMA1 had no effect on Cd accumulation in tomato shoot. On the other hand, this gene silencing resulted in a reduction of the roots dry weight and in an increased severity of the symptoms of chlorosis in plants grown with 0.7 mM of Cd. Taken together, these results indicate that tomato represents an attractive model organism for elucidation of the mechanisms involved in Cd tolerance and hyperaccumulation.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-Graduação em Química, 2015. / Made available in DSpace on 2016-03-01T04:06:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337292.pdf: 1602124 bytes, checksum: 3bacaa1715c820e39e6e5043920d326e (MD5) Previous issue date: 2015 / Na atualidade, uma das discussões de maior relevância na química ambiental é a qualidade das águas. A presença de micro poluentes no ambiente, dentre estes hormônios sexuais, agrotóxicos e metais pesados, está sendo detectada em vários mananciais pelo Brasil e por diversos outros países. Apesar das baixas concentrações desses compostos no ambiente aquático, estas podem ser consideradas bastante elevadas quando comparadas à concentração capaz de causar efeitos biológicos nos organismos aquáticos. Nesse sentido, dois novos materiais adsorventes foram sintetizados a partir da organofuncionalização de uma rede de sílica com os ligantes 2-(aminometil)piridina (2-AMPy) e 2-(2-aminoetil)piridina (2-AEPy). As técnicas de espectroscopia de infravermelho e de ressonância magnética nuclear de 13C e de 29Si indicaram que ambas as sínteses foram bem sucedidas. Através dos resultados de análise elementar (CHN) foi possível determinar que houve a incorporação de 2,65 mmol de 2-AMPy e 3,21 mmol de 2-AEPy por grama dos seus respectivos materiais. O material Si-AEPy mostrou-se estável até 130 °C enquanto que o material Si-AMPy até 242 °C. Os estudos morfológicos dos materiais obtidos mostram que os mesmos não são porosos e apresentam área superficial inferior a 1 m2 g-1. Quanto às propriedades adsorvedoras dos materiais frente aos íons Cu2+ e Cd2+, foi determinado que o tempo de adsorção encontra-se na faixa de 4500 minutos (4 dias) a 12000 minutos (8 dias). Os parâmetros de ajuste das isotermas experimentais, capacidade de adsorção e constante de equilíbrio foram determinados utilizando o modelo de Langmuir e o método de regressão não linear por meio de critério de minimização via o software CLINP 2.1.<br> / Abstract : Nowadays, one of the most relevant discussions in environmental chemistry concerns the quality of water. Micro pollutants in the environment, such as sex hormones, pesticides and trace elements, are being detected in several water sources in Brazil and in other countries. Although there are low concentrations of these compounds in aquatic environments, these can still be regarded as high when compared to the concentration capable of causing biological effects on aquatic organisms. In this sense, two new adsorbent materials were synthesized from organofunctionalization of a silica matrix with the binders 2-(aminomethyl)pyridine (2-AMPy) and 2-(2-aminoethyl)pyridine (2-AEPy). Infrared spectroscopy and 13C and 29Si nuclear magnetic resonance indicated that both syntheses were successful. Elemental analysis (CHN) determined the incorporation of 2.65 mmol of 2-AMPy and 3.21 mmol of 2-AEPy per gram of the respective materials. The material Si-AEPy is stable up to 403 K, whereas the material Si-AMPy is stable up to 515 K. Morphological studies of the materials showed that they are nonporous, presenting surface areas lower than 1 m2 g-1. Regarding the adsorbent properties of the materials, relative to Cu2+ and Cd2+, the adsorption time ranged between 4,500 minutes (4 days) and 12,000 minutes (8 days). Fitting parameters of the experimental isotherms, adsorption capacity and equilibrium constant were determined using Langmuir model and nonlinear regression method with the minimization criteria using the software CLINP 2.1.

O fósforo é o nutriente que frequentemente limita a produção das culturas no Brasil. Os fertilizantes fosfatados apresentam em sua composição metais pesados, entre eles o Cd, que é potencialmente tóxico ao homem, animais e plantas. Os objetivos deste trabalho foram determinar o teor de Cd em fertilizantes fosfatados, verificar a biodisponibilidade do Cd contido nestes fertilizantes e avaliar a adsorção do Cd em solos. O teor do metal nos fertilizantes foi determinado por dois métodos, nitroperclórico e USEPA 3050B. Seis amostras dos fertilizantes foram selecionadas para o estudo de biodisponibilidade em experimento conduzido em casa de vegetação, utilizando Avena stringosa como indicadora do Cd biodisponível. O estudo da adsorção de Cd foi realizado com cinco amostras de solos coletados no Estado do Rio Grande do Sul. Os teores de Cd encontrados nos fertilizantes variaram de 0,47 a 42,60 mg de Cd kg-1 sendo que em sete amostras encontraram-se teores maiores do que 12 mg de Cd kg-1. O nitroperclórico extraiu mais Cd dos fertilizantes que o USEPA 3050B. No estudo de biodisponibilidade a adição ao solo de fertilizantes fosfatados com maiores teores de Cd resultou em maiores teores do metal no tecido da aveia preta. Os solos apresentaram capacidade diferenciada em adsorver Cd sendo que o Latossolo Vermelho aluminoférrico apresentou maior capacidade de adsorver o metal. / Phosphorus is the nutrient that frequently limits the crop yields in Brazil. Phosphated fertilizers present in its composition heavy metals, among them Cd which is potentially toxic to animals and plants. The objectives of this work were to determine the content of Cd in phosphated fertilizers, verify the bioavailability of Cd in these fertilizers and evaluate the adsorption of Cd in soils. The amount of Cd in the fertilizers was determined by two methods: nitropercloric and USEPA 3050B. Six samples of phosphated fertilizers were selected for a greenhouse experiment, using Avena Stringosa to indicate the bioavailability of Cd. The study of adsorption of Cd was carried out with soil samples collected in the Rio Grande do Sul State. The amount of Cd in the fertilizers varied from 0,47 to 42,60 mg of Cd kg-1 and it was found more than 12 mg Cd kg-1 in seven samples. The nitropercloric method extracted higher amounts of Cd from the fertilizers than the USEPA3050B. In the bioavailability study the addition of phosphates into the soils with higher contents of Cd resulted in greater amount of this metal in the tissues of black oat. The soils presented different capacity of Cd adsorption and the Red Latossolic aluminoférric had the greater capacity of Cd adsorption.

O acúmulo dos resíduos poluentes no ambiente acentua a preocupação com a poluição e a degradação dos solos devido à presença de metais pesados em sua composição. A fitorremediação é uma tecnologia emergente, no entanto para sua utilização deve-se conhecer espécies vegetais com características adequadas, como acumulação do metal, grande produção de biomassa e alto índice de translocação do metal das raízes para a parte aérea. O objetivo deste trabalho foi avaliar a capacidade de acumulação e translocação de cádmio por nabo forrageiro (Raphanus sativus L.) e aveia preta (Avena strigosa Schreb), visando avaliar seus potenciais de uso para fitorremediação. O experimento foi conduzido em casa de vegetação, utilizando-se um Argissolo Vermelho-Amarelo Distrófico arênico. O delineamento foi inteiramente casualizado, com 5 doses de cádmio aplicadas: 0, 4, 8, 12 e 24 mg kg-1, aplicados na forma de cloreto de cádmio em vasos contendo 5,5 kg de solo, com três repetições. Após cultivo por 65 dias, foram coletadas a biomassa da parte aérea e raízes para análise. No nabo forrageiro, as doses de 12 e 24 mg kg-1 de cádmio causaram toxidez, resultando na morte das plantas. Na aveia preta, a dose máxima de 24 mg kg-1 causou a morte das plantas. As concentrações de cádmio em ambas as espécies foram altas; porém, as concentrações encontradas foram devidas à baixa massa seca produzida pelas plantas. O nabo apresentou maior potencial fitoextrator de Cd em relação à aveia preta. Nesta condição de experimento, não foi detectada a interferência nos teores dos macronutrientes N, P, K, Ca e Mg, nos tecidos das plantas com o incremento das doses de Cd no solo. / The accumulation of pollutant residues with heavy metal in the environment accents the concern about soils pollution and degradation. Phytoextraction is an emergent technology; however for its use we need to select vegetable species with determined characteristics, as capacity to accumulate metal, high biomass production and high index of translocation of the metal from roots to shoot. The objective of this work was to evaluate the accumulation and translocation capacity of turnip (Raphanus sativus L.) and black oat (Avena strigosa Schreb) for their potential use in the phytoextraction. The experiment was carried out in greenhouse, in pots with samples of an Hapludult soil. The experimental design was completely randomized, replicated three times, with five cadmium rates (0, 4, 8, 12 and 24 mg kg-1). After 65 days, the biomass of roots and shoots were harvested and chemical analyses were performed. In turnip, the rates of 12 and 24 mg kg-1 of cadmium caused toxicity, resulting in the plants death. In black oat, the rate of 24 mg kg-1 caused plants death too. The cadmium concentration in both species was high due to the low dry mass produced by them. The turnip presented higher potential than black oat for cadmium extraction from the soil. Cadmium did not affect the content of N, P, K, Ca and Mg in plants tissue.

Cádmio (Cd²+) é um metal pesado tóxico para os sistemas biológicos e que pode competir com íons essenciais como Zn²+, Ca²+ e Mg²+ por seus respectivos sistemas de transporte. Em S. cerevisiae, íons Cd²+ podem ser conjugados com GSH formando complexos Cd.[GS]2 - os quais são internalizados no vacúolo pelo transporatador Ycf1p. Neste trabalho, foi feita uma análise comparativa da atuação de Ycf1p na desintoxicação de Cd²+ durante o metabolismo fermentativo e respiratório de S. cerevisiae. Adicionalmente, foi realizada uma investigação sobre a contribuição de transportadores de cálcio (Ca²+) para a tolerância ao Cd²+. Os resultados mostram que, durante o metabolismo respiratório, o mutante ycf1Δ é mais tolerante à Cd²+ e aos oxidantes t-BOOH e H2O2 do que a linhagem selvagem. Esta tolerância possivelmente está relacionada com o maior conteúdo de GSH presente nas células ycf1Δ. Na linhagem selvagem BY4741, a atividade do promotor YCF1 sofre uma queda gradual durante a transição do metabolismo fermentativo para o respiratório e a sua indução em resposta à Cd²+ depende da disponibilidade de GSH. Estes dados indicam que a atividade de Ycf1p pode, direta ou indiretamente, influenciar a homeostase de GSH e que as células de S. cerevisiae devem possuir mecanismos independentes de Ycf1p para conter a toxicidade do Cd²+ em situações nas quais a disponibilidade de GSH esteja comprometida. Neste contexto, os resultados do trabalho mostram também que as ATPases de Ca²+ Pmr1p e Pmc1p podem contribuir para a tolerância ao Cd²+. Na linhagem selvagem BY4741 o tratamento com Cd²+ promove aumento da expressão de PMC1 e este aumento é ainda maior nos mutantes ycf1Δ. O gene PMR1 só é induzido por Cd²+ na ausência do gene YCF1 funcional. Entretanto, no mutante pmr1Δ a expressão basal de YCF1 e PMC1 é maior do que na linhagem selvagem (70% e 200%, respectivamente). Adicionalmente, a ausência de Pmr1p funcional está associada a um acúmulo crescente, tempo dependente, de Cd²+ intracelular. Por outro lado, a linhagem selvagem BY4741 alterna fases de captação e exportação do metal. Os resultados apontam para Pmr1p e Pmc1p como proteínas auxiliares na desintoxicação de Cd²+ em S. cerevisiae, as quais possivelmente são ativadas em situações onde a formação e posterior importação de complexos Cd-[GS]2 por Ycf1p não é adequada ao metabolismo celular. / Cadmium (Cd²+) is a heavy metal highly toxic to biological systems, which can compete with essential ions like Zn²+, Ca²+ e Mg²+ for their respective transport systems. In the yeast S. cerevisiae, Cd²+ can be conjugated with GSH generating complexes of Cd - [GS]2 which, in turn, are removed from the cytosol to the vacuole by specific transmembrane proteins such as the glutathione-conjungated transporter Ycf1p. In this work the role of Ycf1p in Cd²+ detoxification during respiratory metabolism of S. cerevisiae was investigated. In addition, the contribution of Ca²+ transporters for Cd²+ detoxification was analized. The results showed that in respiratory condition the mutant ycf1Δ is more tolerant to Cd²+ and to the oxidants t-BOOH and H2O2 than the wild-type strain. This tolerance is probably related to the high content of GSH present in the ycf1Δ mutant. Expression of the YCF1 promoter in the wild type strain is naturally downregulated after the transition from fermentative to respiratory metabolism (diauxic shift), and its induction in response to Cd²+ is dependent on GSH availability. These data indicate that Ycf1p activity can, in some way, influence GSH intracellular homeostasis. Therefore, yeast cells may have an Ycf1p-independent mechanism to cope with Cd²+ toxicity when GSH availability is compromised. Accordingly, the results of this work point also to the contribution of the Ca²+-ATPases Pmc1p and Pmr1p to Cd²+ detoxification. In the BY4741 wild-type strain, Cd²+ treatment triggers an increase in PMC1 expression, and this increase is even greater in the ycf1Δ mutant strain. The PMR1 gene is induced by Cd²+ only in the absence of the functional YCF1 gene. However, the basal expression of YCF1 and PMC1 is higher in the pmr1Δ mutant than in wild-type cells (70% and 200%, respectively). In addition, the absence of the functional Pmr1p is associated with a crescent, timedependent, Cd²+ uptake by the cells. Unlikely, alternating phases of uptake and export of metal are observed in BY4741 wild-type cells. The results indicate that Pmr1p and Pmc1p can act as accessory proteins for Cd²+ detoxification, which possibly are activated when the formation and subsequent import of Cd-[GS]2 by Ycf1p is not adequate to cellular metabolism.

O cádmio (Cd) é considerado um metal extremamente tóxico à maioria dos organismos. As plantas constituem a principal forma de entrada deste metal na cadeia alimentar. O tomate, uma espécie amplamente utilizada para consumo humano, foi recentemente identificado como hiperacumulador de Cd. Diante disso, o presente trabalho objetivou quantificar o teor de Cd nas folhas e frutos de seis cultivares de tomate, bem como caracterizar os genes possivelmente envolvidos na tolerância e na hiperacumulação de Cd nesta espécie. Para tanto, as cultivares de tomate foram cultivadas na presença da dose de Cd de 90 mg Kg-1 ou na ausência deste metal. Simultaneamente, foi procedida uma busca de genes ortólogos aos HMAs (HMA1 – HMA4) de Arabidopsis thaliana, os quais formam um grupo de transportadores de metais, incluindo o Cd. Através desta busca, foi identificado em tomate um ortólogo ao HMA1 de A. thaliana. A expressão do HMA1 e também do LeNRAMP3, LeFER, LeIRT1 e LeNRAMP1, os quais são genes envolvidos no transporte de metais em tomate, foi comparada entre as plantas cultivadas com e sem Cd. Na maioria das cultivares de tomate, todos os genes avaliados foram responsivos ao Cd, sendo verificado um aumento nas expressões em resposta a presença do metal no substrato. Todas as cultivares de tomate utilizadas foram caracterizadas como hiperacumuladoras de Cd e foram capazes de acumular o metal nos frutos. No intuito de caracterizar o papel do HMA1 durante o processo de hiperacumulação de Cd em tomate, este gene foi empregado nas etapas que compõem o silenciamento gênico induzido por vírus (VIGS). O silenciamento do HMA1 não teve efeito na acumulação de Cd na parte aérea de tomate. Por outro lado, o silenciamento deste gene resultou na redução do peso seco das raízes e no aumento da intensidade dos sintomas de clorose nas plantas cultivadas com Cd a 0,7 mM. Em conjunto, os resultados indicam que o tomate representa um organismo modelo atrativo para a elucidação dos mecanismos envolvidos na tolerância e na hiperacumulação de Cd. / Cadmium (Cd) is considered an extremely toxic metal to most organisms. Plants are the main pathways for Cd entry into the food chain. Tomato, a species widely used for human consumption, was recently identified as a Cd hyperaccumulator. Therefore, this study aimed to quantify Cd content in leaves and fruits of six tomato cultivars, as well as characterize the genes possibly involved in Cd tolerance and hyperaccumulation in this species. To this end, the tomato cultivars were grown in the presence of Cd at 90 mg kg-1 or in the absence of the metal. Simultaneously, a search for orthologous genes to HMAs (HMA1 - HMA4) from Arabidopsis thaliana was performed, these genes are a group of metal transporters, including Cd. By this search, was identified an ortholog of HMA1 from A. thaliana in tomato. The expression of HMA1 and also of the genes LeNRAMP3, LeFER, LeIRT1 LeNRAMP1, which are involved in transport of metals in tomato, was compared between plants grown with and without Cd. In most tomato cultivars, all genes were responsive to Cd, and it was verified an increase in expression in response to the metal presence. All the tomato cultivars used were characterized as Cd hyperaccumulators and were able to accumulate the metal in the fruits. In order to characterize the role of the HMA1 during the process of Cd hyperaccumulation in tomato, this gene was used in the steps that comprise the virus induced gene silencing (VIGS). The silencing of HMA1 had no effect on Cd accumulation in tomato shoot. On the other hand, this gene silencing resulted in a reduction of the roots dry weight and in an increased severity of the symptoms of chlorosis in plants grown with 0.7 mM of Cd. Taken together, these results indicate that tomato represents an attractive model organism for elucidation of the mechanisms involved in Cd tolerance and hyperaccumulation.

O fósforo é o nutriente que frequentemente limita a produção das culturas no Brasil. Os fertilizantes fosfatados apresentam em sua composição metais pesados, entre eles o Cd, que é potencialmente tóxico ao homem, animais e plantas. Os objetivos deste trabalho foram determinar o teor de Cd em fertilizantes fosfatados, verificar a biodisponibilidade do Cd contido nestes fertilizantes e avaliar a adsorção do Cd em solos. O teor do metal nos fertilizantes foi determinado por dois métodos, nitroperclórico e USEPA 3050B. Seis amostras dos fertilizantes foram selecionadas para o estudo de biodisponibilidade em experimento conduzido em casa de vegetação, utilizando Avena stringosa como indicadora do Cd biodisponível. O estudo da adsorção de Cd foi realizado com cinco amostras de solos coletados no Estado do Rio Grande do Sul. Os teores de Cd encontrados nos fertilizantes variaram de 0,47 a 42,60 mg de Cd kg-1 sendo que em sete amostras encontraram-se teores maiores do que 12 mg de Cd kg-1. O nitroperclórico extraiu mais Cd dos fertilizantes que o USEPA 3050B. No estudo de biodisponibilidade a adição ao solo de fertilizantes fosfatados com maiores teores de Cd resultou em maiores teores do metal no tecido da aveia preta. Os solos apresentaram capacidade diferenciada em adsorver Cd sendo que o Latossolo Vermelho aluminoférrico apresentou maior capacidade de adsorver o metal. / Phosphorus is the nutrient that frequently limits the crop yields in Brazil. Phosphated fertilizers present in its composition heavy metals, among them Cd which is potentially toxic to animals and plants. The objectives of this work were to determine the content of Cd in phosphated fertilizers, verify the bioavailability of Cd in these fertilizers and evaluate the adsorption of Cd in soils. The amount of Cd in the fertilizers was determined by two methods: nitropercloric and USEPA 3050B. Six samples of phosphated fertilizers were selected for a greenhouse experiment, using Avena Stringosa to indicate the bioavailability of Cd. The study of adsorption of Cd was carried out with soil samples collected in the Rio Grande do Sul State. The amount of Cd in the fertilizers varied from 0,47 to 42,60 mg of Cd kg-1 and it was found more than 12 mg Cd kg-1 in seven samples. The nitropercloric method extracted higher amounts of Cd from the fertilizers than the USEPA3050B. In the bioavailability study the addition of phosphates into the soils with higher contents of Cd resulted in greater amount of this metal in the tissues of black oat. The soils presented different capacity of Cd adsorption and the Red Latossolic aluminoférric had the greater capacity of Cd adsorption.

Cádmio (Cd²+) é um metal pesado tóxico para os sistemas biológicos e que pode competir com íons essenciais como Zn²+, Ca²+ e Mg²+ por seus respectivos sistemas de transporte. Em S. cerevisiae, íons Cd²+ podem ser conjugados com GSH formando complexos Cd.[GS]2 - os quais são internalizados no vacúolo pelo transporatador Ycf1p. Neste trabalho, foi feita uma análise comparativa da atuação de Ycf1p na desintoxicação de Cd²+ durante o metabolismo fermentativo e respiratório de S. cerevisiae. Adicionalmente, foi realizada uma investigação sobre a contribuição de transportadores de cálcio (Ca²+) para a tolerância ao Cd²+. Os resultados mostram que, durante o metabolismo respiratório, o mutante ycf1Δ é mais tolerante à Cd²+ e aos oxidantes t-BOOH e H2O2 do que a linhagem selvagem. Esta tolerância possivelmente está relacionada com o maior conteúdo de GSH presente nas células ycf1Δ. Na linhagem selvagem BY4741, a atividade do promotor YCF1 sofre uma queda gradual durante a transição do metabolismo fermentativo para o respiratório e a sua indução em resposta à Cd²+ depende da disponibilidade de GSH. Estes dados indicam que a atividade de Ycf1p pode, direta ou indiretamente, influenciar a homeostase de GSH e que as células de S. cerevisiae devem possuir mecanismos independentes de Ycf1p para conter a toxicidade do Cd²+ em situações nas quais a disponibilidade de GSH esteja comprometida. Neste contexto, os resultados do trabalho mostram também que as ATPases de Ca²+ Pmr1p e Pmc1p podem contribuir para a tolerância ao Cd²+. Na linhagem selvagem BY4741 o tratamento com Cd²+ promove aumento da expressão de PMC1 e este aumento é ainda maior nos mutantes ycf1Δ. O gene PMR1 só é induzido por Cd²+ na ausência do gene YCF1 funcional. Entretanto, no mutante pmr1Δ a expressão basal de YCF1 e PMC1 é maior do que na linhagem selvagem (70% e 200%, respectivamente). Adicionalmente, a ausência de Pmr1p funcional está associada a um acúmulo crescente, tempo dependente, de Cd²+ intracelular. Por outro lado, a linhagem selvagem BY4741 alterna fases de captação e exportação do metal. Os resultados apontam para Pmr1p e Pmc1p como proteínas auxiliares na desintoxicação de Cd²+ em S. cerevisiae, as quais possivelmente são ativadas em situações onde a formação e posterior importação de complexos Cd-[GS]2 por Ycf1p não é adequada ao metabolismo celular. / Cadmium (Cd²+) is a heavy metal highly toxic to biological systems, which can compete with essential ions like Zn²+, Ca²+ e Mg²+ for their respective transport systems. In the yeast S. cerevisiae, Cd²+ can be conjugated with GSH generating complexes of Cd - [GS]2 which, in turn, are removed from the cytosol to the vacuole by specific transmembrane proteins such as the glutathione-conjungated transporter Ycf1p. In this work the role of Ycf1p in Cd²+ detoxification during respiratory metabolism of S. cerevisiae was investigated. In addition, the contribution of Ca²+ transporters for Cd²+ detoxification was analized. The results showed that in respiratory condition the mutant ycf1Δ is more tolerant to Cd²+ and to the oxidants t-BOOH and H2O2 than the wild-type strain. This tolerance is probably related to the high content of GSH present in the ycf1Δ mutant. Expression of the YCF1 promoter in the wild type strain is naturally downregulated after the transition from fermentative to respiratory metabolism (diauxic shift), and its induction in response to Cd²+ is dependent on GSH availability. These data indicate that Ycf1p activity can, in some way, influence GSH intracellular homeostasis. Therefore, yeast cells may have an Ycf1p-independent mechanism to cope with Cd²+ toxicity when GSH availability is compromised. Accordingly, the results of this work point also to the contribution of the Ca²+-ATPases Pmc1p and Pmr1p to Cd²+ detoxification. In the BY4741 wild-type strain, Cd²+ treatment triggers an increase in PMC1 expression, and this increase is even greater in the ycf1Δ mutant strain. The PMR1 gene is induced by Cd²+ only in the absence of the functional YCF1 gene. However, the basal expression of YCF1 and PMC1 is higher in the pmr1Δ mutant than in wild-type cells (70% and 200%, respectively). In addition, the absence of the functional Pmr1p is associated with a crescent, timedependent, Cd²+ uptake by the cells. Unlikely, alternating phases of uptake and export of metal are observed in BY4741 wild-type cells. The results indicate that Pmr1p and Pmc1p can act as accessory proteins for Cd²+ detoxification, which possibly are activated when the formation and subsequent import of Cd-[GS]2 by Ycf1p is not adequate to cellular metabolism.

O cádmio (Cd) é considerado um metal extremamente tóxico à maioria dos organismos. As plantas constituem a principal forma de entrada deste metal na cadeia alimentar. O tomate, uma espécie amplamente utilizada para consumo humano, foi recentemente identificado como hiperacumulador de Cd. Diante disso, o presente trabalho objetivou quantificar o teor de Cd nas folhas e frutos de seis cultivares de tomate, bem como caracterizar os genes possivelmente envolvidos na tolerância e na hiperacumulação de Cd nesta espécie. Para tanto, as cultivares de tomate foram cultivadas na presença da dose de Cd de 90 mg Kg-1 ou na ausência deste metal. Simultaneamente, foi procedida uma busca de genes ortólogos aos HMAs (HMA1 – HMA4) de Arabidopsis thaliana, os quais formam um grupo de transportadores de metais, incluindo o Cd. Através desta busca, foi identificado em tomate um ortólogo ao HMA1 de A. thaliana. A expressão do HMA1 e também do LeNRAMP3, LeFER, LeIRT1 e LeNRAMP1, os quais são genes envolvidos no transporte de metais em tomate, foi comparada entre as plantas cultivadas com e sem Cd. Na maioria das cultivares de tomate, todos os genes avaliados foram responsivos ao Cd, sendo verificado um aumento nas expressões em resposta a presença do metal no substrato. Todas as cultivares de tomate utilizadas foram caracterizadas como hiperacumuladoras de Cd e foram capazes de acumular o metal nos frutos. No intuito de caracterizar o papel do HMA1 durante o processo de hiperacumulação de Cd em tomate, este gene foi empregado nas etapas que compõem o silenciamento gênico induzido por vírus (VIGS). O silenciamento do HMA1 não teve efeito na acumulação de Cd na parte aérea de tomate. Por outro lado, o silenciamento deste gene resultou na redução do peso seco das raízes e no aumento da intensidade dos sintomas de clorose nas plantas cultivadas com Cd a 0,7 mM. Em conjunto, os resultados indicam que o tomate representa um organismo modelo atrativo para a elucidação dos mecanismos envolvidos na tolerância e na hiperacumulação de Cd. / Cadmium (Cd) is considered an extremely toxic metal to most organisms. Plants are the main pathways for Cd entry into the food chain. Tomato, a species widely used for human consumption, was recently identified as a Cd hyperaccumulator. Therefore, this study aimed to quantify Cd content in leaves and fruits of six tomato cultivars, as well as characterize the genes possibly involved in Cd tolerance and hyperaccumulation in this species. To this end, the tomato cultivars were grown in the presence of Cd at 90 mg kg-1 or in the absence of the metal. Simultaneously, a search for orthologous genes to HMAs (HMA1 - HMA4) from Arabidopsis thaliana was performed, these genes are a group of metal transporters, including Cd. By this search, was identified an ortholog of HMA1 from A. thaliana in tomato. The expression of HMA1 and also of the genes LeNRAMP3, LeFER, LeIRT1 LeNRAMP1, which are involved in transport of metals in tomato, was compared between plants grown with and without Cd. In most tomato cultivars, all genes were responsive to Cd, and it was verified an increase in expression in response to the metal presence. All the tomato cultivars used were characterized as Cd hyperaccumulators and were able to accumulate the metal in the fruits. In order to characterize the role of the HMA1 during the process of Cd hyperaccumulation in tomato, this gene was used in the steps that comprise the virus induced gene silencing (VIGS). The silencing of HMA1 had no effect on Cd accumulation in tomato shoot. On the other hand, this gene silencing resulted in a reduction of the roots dry weight and in an increased severity of the symptoms of chlorosis in plants grown with 0.7 mM of Cd. Taken together, these results indicate that tomato represents an attractive model organism for elucidation of the mechanisms involved in Cd tolerance and hyperaccumulation.

Orientador : Aecio Pereira Chagas / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-17T01:48:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Simoni_JosedeAlencar_M.pdf: 2388971 bytes, checksum: 1db087d14eda70e74b8ef36f4626a6e8 (MD5) Previous issue date: 1978 / Mestrado