Thesis (M.Sc.) - Carleton University, 2006. / Includes bibliographical references (p. 176-181). Also available in electronic format on the Internet.

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Les propriétés du bois de pin maritime varient aux niveaux chimique, anatomique et mécanique. Six types de bois peuvent être trouvés au sein d’un même arbre : bois précoce, bois tardif, bois de couronne, bois de base, bois de compression et bois opposé. Au cours de cette thèse, nous avons testé l’hypothèse selon laquelle la variabilité phénotypique des propriétés de bois, serait liée à l’expression différentielle des protéines lors de la xylogénèse. Par une approche protéomique basée sur l’électrophorèse bidimensionnelle et la spectrométrie de masse en tandem (LC ESI MS/MS), nous avons identifié 165 protéines différentiellement exprimées le long d’un gradient d’âge cambial (bois juvénile vs. bois mature) ainsi que 93 protéines différentiellement exprimées au cours de la saison de végétation (bois de printemps vs. bois d’été) chez le pin maritime. Une analyse chimique complémentaire des échantillons a été réalisée par pyrolyse analytique. Nos résultats montrent que le xylème secondaire formé en début de saison ainsi que celui qui est initié par un cambium jeune présentent une sur-expression de protéines participant à la division cellulaire. Dans le xylème issu d’un cambium âgé ou formé à la fin de l’été nous avons mis en évidence des protéines impliquées dans la défense cellulaire (dont le rôle serait de retarder la mort cellulaire programmée), ainsi que des protéines impliqués dans la biosynthèse des éléments constitutifs de la paroi. Cette étude contribue à renforcer nos connaissances sur les acteurs moléculaires intervenant lors de la xylogénèse. Elle ouvre par ailleurs des pistes de recherche sur la détection de gènes impliqués dans le contrôle génétique des propriétés du bois dans un objectif de sélection assisté par marqueurs. / Wood properties in maritime pine are highly variable at chemical, anatomical and mechanical levels. Six types of wood can be found in a single tree, early wood, late wood, crown wood, base wood, compression wood and opposite wood. In this thesis report, we tested the hypothesis that the observed variability at the phenotypic level, can be bound to the differential expression of proteins during the process of wood formation. We use the tools of proteomics, Bidimensional electrophoresis and LC ESI MS/MS for the discovery of 165 proteins differentially expressed in a cambial age gradient, (from base wood to crown wood), an 93 overexpressed proteins in a seasonal gradient (from early wood collected at the beginning of the growing season, to late wood, collected at summer) Complementary, chemical characterization of the samples was performed using analitycal pyrolisis. Our results showed that the secondary xylem formed at the beginning of the growing season, and the xylem formed by a young cambium, present a overexpression of proteins participating in the intense cell division, characteristical of those tissues, e.g. Biogenesis of cytoskeleton and hemicelluloses, RNA transcription, synthesis, folding and modification of proteins. In the xylem formed at the base of the trunk and at the end of the growing season we have found an over-expression of proteins from cell defense (they role will be to delay programmed cell death) and cell wall formation related proteins e.g. lignin biosynthesis. This study contributes to reinforce our knowledge over the molecular actors involved in the xylogenesis process. It opens, in another hand , research guides for the detection of genes involved in the genetic control of wood properties towards an objecive of marker assisted selection.

Espécies do gênero Eucalyptus sp. são as arbóreas mais plantadas no Brasil, onde desempenham importante papel econômico, social e ambiental. Estudos de como se dá a formação da madeira e sua composição química podem auxiliar na obtenção de árvores mais produtivas. Nesse sentido, estudos de metabolômica são interessantes pois podem associar a presença ou quantidade de um ou vários metabólitos à expressão de um fenótipo específico. As técnicas de análises por cromatrografia gasosa (GC-MS) e líquida (LC-MS) acopladas à espectrometria de massas são bastante empregadas em metabolômica pois possibilitam uma visão qualitativa e quantitativa dos metabólitos presentes em um organismo. Com isso, o objetivo deste trabalho foi identificar metabólitos diferencialmente abundantes em plantas superiores e inferiores quanto à produção de madeira em Eucalyptus grandis. O material vegetal utilizado foi fornecido pela empresa Suzano Papel e celulose e dividido em dois grupos. O grupo principal consistiu de clones com cinco anos originados a partir de uma progênie de irmãos completos de E. grandis. Amostras da região do câmbio, cerne e alburno de genótipos superiores e inferiores para produtividade da madeira foram utilizadas nas análises. Para a validação dos metabólitos identificados, um segundo grupo denominado grupo teste (GT) foi formado por clones com três e cinco anos, também com genótipos superiores e inferiores para produtividade de madeira. As amostras foram analisadas por GC-MS e por LC-MS. Para o processamento dos dados de GC-MS utilizou-se o programa ChromaTOF e o pacote TargetSearch e a identificação dos metabólitos foi obtida com o auxílio da biblioteca Golm Metabolome Database. Já para as análises de LC-MS, os dados brutos foram processados no programa MarkerLynx XS. As análises estatísticas dos dados de GC-MS e LC-MS foram realizadas com o auxílio do programa on-line MetaboAnalyst, utilizando-se a Análise de Componentes Principais (PCA) a Análise Discriminante por Mínimos Quadrados Parciais (PLS-DA). Além disso, os metabólitos diferencialmente abundantes foram ranqueados por meio do Índice de Importância da Variável (VIP). Pelas análises de GC-MS pode-se observar a presença de oito metabólitos (quatro desconhecidos, um alcano, um aminoácido, uma amina primária e um ácido graxo) no câmbio com abundância diferencial entre as árvores superiores e inferiores. No alburno foram encontrados nove metábolitos com abundância diferencial, dos quais três desconhecidos, dois açúcares, um flavonóide e dois ácidos graxos. Já no cerne oito metabólitos mostraram-se diferenciais sendo quatro desconhecidos, três açúcares e um ácido graxo. Para o grupo T houve a formação de grupos de acordo com a produtividade apenas para as árvores de 5 anos. Nas análises por LC-MS, considerando-se os dois modos de análises (positivo e negativo) foi possível encontrar 66, 28 e 27 metabólitos para as amostras de câmbio, alburno e cerne respectivamente. O grupo T não apresentou diferenças na abundância dos metabólitos em relação às árvores superiores e inferiores. A identificação desses metabólitos bem como das vias metabólicos que participam fornecerá valiosas informações para estudos de formação da madeira em E. grandis. / Species of the genus Eucalyptus sp. are the most planted trees in Brazil, where they play an important economic, social and environmental role. Studies of how the formation of wood and its chemical composition can help to obtain trees that are more productive. In this sense, metabolomics studies are interesting because they may associate the presence or quantity of one or more metabolites with the expression of a specific phenotype. The gas chromatography (GC-MS) and liquid chromatography (LC-MS) are very used in metabolomics because they allow a qualitative and quantitative view of the metabolites present in an organism. Therefore, the objective of this work was to identify differentially abundant metabolites in superior and inferior plants in relation to wood production in Eucalyptus grandis. The plant material used was supplied by Suzano Papel e Celulose and divided into two groups. The main group consisted of a progeny of five-year-old E. grandis full-siblings. Samples were collected from the cambium, heartwood and sapwood regions of upper and lower genotypes for wood productivity. In order to validate metabolites, the second group, called test group (GT) was formed by clones with three and five years, also with superior and inferior genotypes for wood productivity. The samples were analyzed by GC-MS and LC-MS. For the processing of the GC-MS data, the ChromaTOF program and the TargetSearch package were used. For the identification of the metabolites, the GMD library (The Golm Metabolome Database) was used. For the LC-MS, the raw data was processed in the MarkerLynx XS program. The statistical analyzes of GC-MS and LC-MS data were performed using the MetaboAnalyst online program, using Principal Component Analysis (PCA) and Partial Least Squares Discriminant Analysis (PLS-DA). In addition, the differentially abundant metabolites were ranked using the Importance Index of the Variable (VIP). In GC-MS analysis, eight metabolites (four unknown, one alkane, one amino acid, one amine and one fatty acid) were found in the cambium with differential abundance in the superior and inferior trees. The sapwood presented nine metabolites with differential abundance, of which three unknown, two sugars, one flavonoid and two fatty acids. Besides, in the heartwood eight metabolites were differentials being four unknown, three sugars and one fatty acid. For the T group there was formation of groups according to productivity only for five years group. In the analyzes by LC-MS considering the two modes of analysis (positive and negative) was found 66, 28 e 27 metabolites in the cambium, the sapwood and the heartwood, respectively. The T group showed no difference in the abundance of the metabolites in relation to the upper and lower trees. The identification of these metabolites as well as the metabolic pathways involved will provide valuable information for wood formation studies in E. grandis.

A proteômica expandiu-se dentro da área biológica a partir da década de 90 com o desenvolvimento de técnicas de ionização branda que permitem analisar macromoléculas por espectrometria de massas (MS) e é uma nova estratégia na busca de genes de interesse e de informações sobre o controle da expressão gênica para a manipulação genética de plantas. Na busca por genes diferencialmente expressos durante o desenvolvimento da madeira, foi estabelecida uma plataforma 2D-LC-MS/MS (eletroforese bidimensional seguida de cromatografia líquida e espectrometria de massas em tandem) e identificadas 72 proteínas da região cambial de Eucalyptus grandis de árvores de 2 anos e 8 meses. A identificação foi feita por homologia com o banco de proteínas SwissProt, com um banco de ESTs específico de Eucalyptus spp. (GENOLYPTUS) e com o NCBI. Os dados de proteínas também foram confrontados com a expressão dos transcritos correspondentes obtidos a partir do mesmo tecido por SAGE (Serial Analysis of Gene Expression). Dentre as proteínas identificadas, a maior parcela (24,1 %) tem função relacionada com resposta a estresse, 20,5 % pertence a metabolismo de energia, 17,8 % são componentes estruturais, 14,3 % participam em metabolismo de macromoléculas e 15,2 % em metabolismos básicos como de nitrogênio, aminoácidos, nucleotídeos, lipídeos e metabolismo secundário. / Proteomics impacted the biological sciences since the 90´s after the development of soft ionization techniques that allow to analyse macromolecules by mass spectrometry (MS). It became a new strategy to identify genes and obtain information about the molecular control of gene expression, of importance to genetic manipulation of plants. In order to search for genes involved in wood quality and to understand gene expression during wood development, a 2D-LC-MS/MS system (bidimensional electrophoresis followed by liquid cromatography coupled to mass spectrometry in tandem) was stablished. 72 proteins from the cambial region of Eucalyptus grandis trees at the age of 2 years and 8 months were identified. The MS/MS spectra were processed using the SwissProt databank, an EST (Expressed Sequence Tags) bank of Eucalyptus spp. (GENOLYPTUS) and the NCBI. A comparation of gene and protein expression was carried out using a databank constructed in our laboratory using SAGE (Serial Analysis of Gene Expression) obtained from the same cambial tissue. Most identified proteins are related to stress response (24.1 %), 20.5 % participate in energy metabolism, 17.8 % are important to the cell as structural components, 14,3 % are related to macromolecular metabolism and 15,2 % to basic metabolism of nitrogen, amino acids, nucleotides, lipids and secondary metabolism.

Thèse doctorat : Stratégies d'exploitation des fonctions biologiques : Lille 1 : 2003. / Articles en anglais reproduits dans le texte. N° d'ordre (Lille 1) : 3331. Résumé en français et en anglais. Bibliogr. p. 120-129 et à la suite des articles.

Diss. (sammanfattning) Umeå : Sveriges lantbruksuniversitet, 2009. / Härtill 4 uppsatser.

Diss. (sammanfattning). Umeå : Sveriges lantbruksuniv., 2003. / Härtill 5 uppsatser.

A proteômica expandiu-se dentro da área biológica a partir da década de 90 com o desenvolvimento de técnicas de ionização branda que permitem analisar macromoléculas por espectrometria de massas (MS) e é uma nova estratégia na busca de genes de interesse e de informações sobre o controle da expressão gênica para a manipulação genética de plantas. Na busca por genes diferencialmente expressos durante o desenvolvimento da madeira, foi estabelecida uma plataforma 2D-LC-MS/MS (eletroforese bidimensional seguida de cromatografia líquida e espectrometria de massas em tandem) e identificadas 72 proteínas da região cambial de Eucalyptus grandis de árvores de 2 anos e 8 meses. A identificação foi feita por homologia com o banco de proteínas SwissProt, com um banco de ESTs específico de Eucalyptus spp. (GENOLYPTUS) e com o NCBI. Os dados de proteínas também foram confrontados com a expressão dos transcritos correspondentes obtidos a partir do mesmo tecido por SAGE (Serial Analysis of Gene Expression). Dentre as proteínas identificadas, a maior parcela (24,1 %) tem função relacionada com resposta a estresse, 20,5 % pertence a metabolismo de energia, 17,8 % são componentes estruturais, 14,3 % participam em metabolismo de macromoléculas e 15,2 % em metabolismos básicos como de nitrogênio, aminoácidos, nucleotídeos, lipídeos e metabolismo secundário. / Proteomics impacted the biological sciences since the 90´s after the development of soft ionization techniques that allow to analyse macromolecules by mass spectrometry (MS). It became a new strategy to identify genes and obtain information about the molecular control of gene expression, of importance to genetic manipulation of plants. In order to search for genes involved in wood quality and to understand gene expression during wood development, a 2D-LC-MS/MS system (bidimensional electrophoresis followed by liquid cromatography coupled to mass spectrometry in tandem) was stablished. 72 proteins from the cambial region of Eucalyptus grandis trees at the age of 2 years and 8 months were identified. The MS/MS spectra were processed using the SwissProt databank, an EST (Expressed Sequence Tags) bank of Eucalyptus spp. (GENOLYPTUS) and the NCBI. A comparation of gene and protein expression was carried out using a databank constructed in our laboratory using SAGE (Serial Analysis of Gene Expression) obtained from the same cambial tissue. Most identified proteins are related to stress response (24.1 %), 20.5 % participate in energy metabolism, 17.8 % are important to the cell as structural components, 14,3 % are related to macromolecular metabolism and 15,2 % to basic metabolism of nitrogen, amino acids, nucleotides, lipids and secondary metabolism.

Orientador: Carmen Regina Marcati / Coorientador: Magali Ribeiro da Silva / Resumo: Em ambientes tropicais, a disponibilidade hídrica é um dos principais fatores que interferem na atividade cambial das espécies vegetais. Estudos recentes, em campo, indicam também o comprimento do dia e a temperatura como sinalizadores importantes da atividade cambial nestas espécies. Este estudo experimental visa contribuir para o entendimento da influência dos fatores abióticos, água, comprimento do dia e temperatura, na atividade cambial em plantas com um ano de idade de Cordiera concolor (Cham.) Kuntze (Rubiaceae). A espécie, sempre-verde e arbustiva, é nativa, comum no cerrado paulista, e possui camadas de crescimento demarcadas por faixas marginais de parênquima axial. Realizamos dois experimentos (n=45 plantas cada um), sob regime hídrico controlado e sob comprimento do dia e temperatura naturais, um no início da primavera, quando o fotoperíodo aumenta de 11 para 12 horas e a temperatura média é de 19,9ºC e outro no final do verão, quando o fotoperíodo diminui de 12 horas para 11 horas e a temperatura média é de 23,9ºC, ambos durante cinco semanas. Cada experimento continha os mesmos três tratamentos hídricos, com 15 plantas cada, obtidos a partir de uma curva de retenção hídrica de solo de cerrado sensu stricto: saturação hídrica (21% de umidade), capacidade de campo (8% de umidade) e deficiência hídrica (3% de umidade). Ao final de cada semana, sorteamos três plantas de cada tratamento e coletamos a região mais desenvolvida do eixo caulinar. Obtivemos secções transve... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In tropics, the water availability is one of the main factors interfering in the cambial activity of plants. Recent studies, in the field, also indicate that day length and temperature are important signals of the cambial activity in tropical plants. This experimental study aims to contribute for understanding the role of these abiotic factors (water, day length and temperature) on cambial activity in 1-year-old plants of Cordiera concolor (Cham.) Kuntze (Rubiaceae). This species, evergreen and shrubby, is native and common in Cerrado of São Paulo, and have growth layers demarcated by axial parenchyma marginal bands. We conducted two experiments (n = 45 plants, each), under controlled water regimes and under natural day length and temperature, one in early spring, when the day length increases from 11 hours to 12 hours and mean temperature is 19,9ºC and another in late summer, when day length decreases from 12 hours to 11 hours and mean temperature is 23,9ºC, both for five weeks. Each experiment contained the same three water treatments, obtained from a water retention curve of cerrado soil, with 15 plants each: waterlogging (21% moisture), field capacity (8% moisture) and water deficit (3% moisture). At the end of each week, we randomly selected three plants of each treatment and collected the most developed region of the main stem. We obtained transverse and tangential and radial sections for cambial activity analyses. We identified cambial activity by mitotic figures and the presence of recently formed periclinal cell walls. We used fifteen sequential radial rows in the cambial zone to count the newly formed periclinal cell walls. We analyzed the data using generalized linear models (GLM) which allowed us to observe that in early spring, regardless of the amount of water, the cambial activity is increased by day length. In late summer, the amount... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor