Phytochromes (PHYs) and plant hormones have been emerging as important regulators of fleshy fruit physiology and quality traits; however, the relevance of PHY-hormonal signaling crosstalk in controlling fruit development and metabolism remains elusive. This Thesis assesses the role of PHYs and their interplay with auxins, cytokinins and ethylene during the regulation of tomato (Solanum lycopersicum) fruit development and ripening, with a focus on the control of the plastid biogenesis, sugar metabolism and carotenoid accumulation. In Chapter I, we present evidence that the deficiency in PHY chromophore phytochromobilin (PΦB) biosynthesis, which leads to a global deficiency in functional PHYs, represses fruit chloroplast biogenesis in immature fruits and inhibits fruit sugar accumulation by transcriptionally downregulating sink- and starch biosynthesis-related enzymes. Genetic and physiological evidence suggested the involvement of both auxins and cytokinins as mediators of the negative impact of PΦB deficiency on fruit sink strength and chloroplast formation. During the ripening phase, PΦB deficiency was shown to delay the rise in climacteric ethylene production, affecting the ripening initiation rather than its progression. PHY-hormonal signaling crosstalk was shown to be active not only in the more externally positioned fruit tissues (i.e., pericarp) but also in the most inner fruit regions (i.e., columella). We, therefore, concluded that the global deficiency in functional PHY drastically affects fruit sugar metabolism, chloroplast formation as well as the timing of ripening via an intricate interplay involving phytochromes, auxins, cytokinins and ethylene. In Chapter II, we employed fruit-specific RNAi-mediated silencing of PHY genes to shed light on the specific role played by fruit-localized PHYs and their downstream signaling cascades on tomato fruit physiology and quality traits. Data revealed that fruit-localized SlPHYB2 negatively regulates chlorophyll accumulation in immature fruits whereas SlPHYA positively influences the plastid division machinery. Both SlPHYA and SlPHYB2 were shown to play overlapping, yet distinct, roles in controlling fruit starch metabolism and carotenoid biosynthesis. Our data implicated cytokinin signaling-related proteins as mediators of the SlPHYA-dependent regulation of plastid division machinery, and specific AUXIN RESPONSE FACTORs as intermediates in the PHY-mediated regulation of fruit sugar and carotenoid metabolisms. We concluded that fruit-localized SlPHYA- and SlPHYB2-mediated light perception regulate fruit plastid biogenesis as well as sugar and carotenoid metabolisms via coordinated changes in key components of both auxin and cytokinin signaling cascades. Altogether, this study brings important insights into the combined action of PHYs and hormones in the control of fruit plastid biogenesis and highlights that the interplay between PHY-hormonal signaling cascades influences essential features of tomato fruit quality, such as the sugar and carotenoid accumulation / Fitocromos (PHYs) e fitormônios têm sido caracterizados como importantes reguladores da fisiologia e qualidade de frutos carnosos; todavia, a importância de interações entre a sinalização hormonal e dos PHYs no controle do desenvolvimento e metabolismo de frutos ainda permanece pouco elucidada. Este trabalho de Tese avaliou o papel dos PHYs e das suas interações com as auxinas, as citocininas e o etileno sobre a regulação do desenvolvimento e amadurecimento de frutos de tomateiro (Solanum lycopersicum), particularmente no que tange ao controle da biogênese plastidial e metabolismos de açúcares e de carotenoides. No Capítulo I são apresentadas evidências de que a deficiência na produção de fitocromobilina (PΦB), a qual resulta numa deficiência global in PHYs funcionais, impacta negativamente a biogênese de cloroplastos em frutos imaturos e inibe o acúmulo de açúcares por meio da repressão transcricional de enzimas relacionadas a biossíntese de amido e força de dreno nos frutos. Evidências genéticas e fisiológicas indicaram o envolvimento tanto das auxinas quanto das citocininas como mediadoras do impacto negativo da deficiência de PΦB sobre a força de dreno dos frutos bem como na formação de cloroplastos. Durante a fase de amadurecimento, a deficiência em PΦB atrasou a produção climatérica de etileno, afetando o início do amadurecimento mas não a sua progressão. As interações entre PHYs e hormônios mostraram-se ativas não apenas nos tecidos posicionados mais externamente (i.e., pericarpo) mas também nas regiões mais internas do fruto (i.e., columela). Conclui-se, portanto, que a deficiência global em PHYs funcionais afeta drasticamente o metabolismo de açucares, formação de cloroplastos, bem como o tempo de amadurecimento através de uma interação complexa envolvendo fitocromos, auxinas, citocininas e etileno. No Capítulo II utilizamos o silenciamento fruto-específico de PHYs a fim de desvendar de que forma a fisiologia e parâmetros de qualidade do tomate seriam regulados por PHYs presentes no próprio fruto. Os dados obtidos revelaram que moléculas de SlPHYB2 presentes no próprio fruto regulam negativamente o acúmulo de clorofilas nos frutos imaturos, já as de SlPHYA influenciam positivamente a maquinaria de divisão plastidial, e tanto SlPHYA quanto SlPHYB2 desempenham papel sobrepostos, porém distintos, no controle do metabolismo de amido e acúmulo de carotenoides em frutos de tomateiro. Evidências sugerem que proteínas relacionadas à sinalização de citocininas atuariam como mediadoras do impacto de SlPHYA sobre a maquinaria de divisão plastidial, e que AUXIN RESPONSE FACTORs específicos seriam intermediários no controle dos PHYs sobre os metabolismos de açúcares e carotenoides. Conclui-se, dessa forma, que a percepção de luz mediada por moléculas de SlPHYA e SlPHYB2 presentes no próprio fruto regulam a biogênese plastidial e os metabolismos de açúcares e carotenoides por meio de alterações coordenadas em componentes chaves das cascatas de sinalização de auxinas e citocininas. Quando combinados, os dados obtidos neste estudo apresentam novidades importantes sobre a ação conjunta de PHYs e fitormônios no controle da biogênese plastidial e demonstram que a interação entre esses sinalizadores influencia características essenciais da qualidade de frutos de tomateiro, tais como o acúmulo de açúcares e de carotenoides

A síndrome Kranz é um conjunto de características anatômicas, ultra-estruturais e bioquímicas que culminam na realização da fotossíntese C4. Tal síndrome apresenta grande diversidade dentre as Angiospermas, tornando-se conveniente seu estudo em todos os níveis acima citados para a completa caracterização da mesma. No presente trabalho foi investigada a síndrome Kranz de Gomphrena arborescens e G. scapigera (Amaranthaceae) com ênfase na origem ontogenética da bainha Kranz, na descrição ultra-estrutural e na confirmação bioquímica sobre o tipo de fotossíntese C4. O desenvolvimento foliar dessas espécies indica que a bainha Kranz é originada da camada mais interna do mesofilo, a endoderme foliar. Uma discussão sobre os termos presentes na literatura para a descrição dessa bainha, todos eles focados em sua função na fotossíntese C4, demonstra a importância de se utilizar termos que informem a origem ontogenética dessa bainha, como endoderme e periciclo. Na análise ultra-estrutural, foram identificados possíveis fatores que interferem na fotossíntese de ambas as espécies, como o espessamento e a composição da parede da bainha Kranz, o posicionamento centrípeto dos cloroplastos e a presença de retículo periférico nos mesmos. Embora a análise bioquímica tenha resultado em informações ainda não conclusivas, o dimorfismo dos cloroplastos sugere a realização da fotossíntese C4 do tipo NADP-ME. O presente trabalho, de uma forma geral, contribui ao conhecimento da síndrome Kranz dentre as Amaranthaceae s.s., um grupo em que a ultra-estrutura e a bioquímica ainda são pouco conhecidas, e ressalta a importância dos estudos anatômicos, principalmente com enfoque ontogenético, para o melhor conhecimento da diversidade da síndrome Kranz dentre as Angiospermas. / The Kranz syndrome is a set of anatomical, ultrastructural and biochemical features that culminate in the C4 photosynthesis. This syndrome has a huge diversity among Angiosperms, so it became suitable to survey all the levels above cited for its complete characterization. In the present work the Kranz syndrome of Gomphrena arborescens and G. scapigera (Amaranthaceae) is studied, with emphasis on the ontogenetic origin of the Kranz sheath, on the ultrastructural description, and on the biochemical confirmation about the C4 photosynthesis kind. The foliar development of these species shows that the Kranz sheath is originated from the inner layer of the mesophyll, the foliar endodermis. A discussion about the literature terms used to describe the Kranz sheath, all of them referring to the function of this layer in C4 photosynthesis, demonstrates the importance of using terms that inform the ontogenetic origin of this layer, such as endodermis and perycicle. The ultrastructural analysis identified possible factors that interfere on the C4 photosynthesis of both species, such as wall thickening and composition of Kranz sheath cells, the centripetal position of chloroplasts and the peripheral reticulum in chloroplasts. Although biochemical analysis has resulted in no conclusive information, the chloroplast dimorphism suggests the NADP-ME C4 photosynthesis. This work, in a general way, contributes to the knowledge of the Kranz syndrome among Amaranthaceae s.s., a group that has the ultrastructure and the biochemistry of C4 photosynthesis poorly known. It also draws attention to the importance of anatomical surveys concerning the ontogenetic origin of Kranz sheath for a better understanding on the diversity of Kranz syndrome among Angiosperms.

Plant domestication is an evolutionary process that leads to several modifications in plants to increase adaptation to cultivation and utilization by humans. These modifications may decrease the fitness of plants in the wild habitat but increase it for human exploitation. Annatto (Bixa orellana L.) is a shrubby plant domesticated in Amazonia from wild annatto (Bixa orellana var. urucurana) populations. This thesis presents a more in-depth understanding of the domestication, mating system and genetic diversity and structure of annatto and its wild ancestor in Brazil. In the first study, a new set of 32 microsatellite loci isolated from a microsatellite-enriched genomic library was developed, of which 12 were polymorphic in populations of both cultivated and wild annatto. In the second study, the genetic diversity and structure of wild annatto populations in Brazilian Amazonia were characterized with 16 microsatellite markers. High population structure and positive correlation between genetic and geographic distances were found, suggesting that genetic differentiation might be caused by geographic isolation. Additionally, Ecological Niche Modeling was used to characterize the potential geographical range of this variety in northern South America and detected that South Rondônia, Madre di Dios River basin, Llanos de Mojos, Llanos de Orinoco and eastern Ecuador are highly suitable areas for wild annatto to occur, providing additional targets for future exploration and conservation. In the third study, 16 microsatellite loci and four phytochemical compounds were used to evaluate the genetic diversity of 63 accessions from the annatto germplasm bank at the Agronomic Institute (IAC). In both molecular and phytochemical analysis the results tended to separate the accessions from Rondônia, northern Brazil, from the Southwestern accessions. Rondônia accessions showed higher values for all the phytochemical compounds and higher levels of genetic diversity. Some accessions presented bixin levels well above the average and are promising materials to be used in genetic improvement programs. In the fourth study, 12 microsatellite loci were used to determine the mating system of a cultivated population of annatto from Rondon do Pará, PA. Multilocus outcrossing rate indicated a mixed mating system for this population. Biparental inbreeding also contributed to the selfing rate in this population. Crossings among related individuals were also observed. Due to this mixed breeding system, the collection of open-pollinated seeds for plant breeding or conservation purposes should include at least 60 plants to ensure a representative sample. In the fifth study, the amount and distribution of genetic diversity among samples of cultivated annatto from homegardens of riverside communities along the major rivers in Brazilian Amazonia, and from farmer´s fields along highways, in the States of Rondônia and Pará, and Southeastern Brazil was characterized. The samples collected presented moderate levels of genetic diversity, and moderate to high levels of admixture between geographic groups, occurring mainly due to exchange of seeds among farmers. However, cluster and Bayesian analyses showed a tendency to group samples based on their geographic origin. Isolation by distance was observed, according to Mantel\'s test. In the last study, wild and cultivated annatto samples from Brazilian Amazonia were compared using 16 microsatellite loci and two cpDNA regions. A clear separation between wild and cultivated annatto, supported by high values of FST in both analyses was observed. Wild samples presented higher rates of diversity in relation to cultivated, partly because these populations did not suffer anthropic selection, as in the cultivated varieties. The data suggest the existence of genetic relationship between wild and cultivated annatto, indicated by moderate levels of gene flow. The results also showed the proximity between groups of cultivated and wild accessions from Rondônia and the Madeira River basin. This proximity provides indications that annatto started its domestication in this area from B. orellana var. urucurana. / Domesticação de plantas é um processo evolutivo que pode gerar uma série de modificações nas plantas para aumentar a adaptação para o cultivo e utilização pelos humanos. Estas modificações podem diminuir a aptidão das plantas no habitat selvagem, porém, aumentando sua aptidão para exploração humana. Urucum (Bixa orellana L.) é uma planta arbustiva domesticada na Amazônia a partir de populações de Bixa orellana var. urucurana. Esta tese apresenta um entendimento mais aprofundado sobre a domesticação, sistema reprodutivo e diversidade genética e estrutura de urucum e seu ancestral selvagem no Brasil. No primeiro estudo, um novo conjunto de 32 locos microssatélites foram isolados a partir de uma biblioteca genômica enriquecida com microssatélites, dos quais 12 foram polimórficos em populações de urucum selvagem e cultivado. No segundo estudo, a diversidade e estrutura genética de populações selvagens de urucum na Amazônia brasileira foram caracterizadas usando 16 marcadores microssatélites. Elevada estrutura populacional, e correlações positivas entre distancias genéticas e geográficas foram observadas, sugerindo que a diferenciação genética é resultante de isolamento geográfico. Adicionalmente, Modelagem de Nicho Ecológico foi utilizada para caracterizar a distribuição potencial desta variedade no norte da América do Sul e observamos que o Sul de Rondônia, a bacia do rio Madre de Dios, os Llanos de Mojos e de Orinoco e oeste do Equador são áreas de alta probabilidade de ocorrência de urucum selvagem, fornecendo informações importantes para novas amostragens e conservação. No terceiro estudo, 16 locos de microssatélites e quatro compostos fitoquímicos foram utilizados para avaliar a diversidade genética de 63 acessos do banco de germoplasma de urucum do Instituto Agronômico (IAC). Em ambas as análises, houve uma tendência de separação dos acessos de Rondônia, norte do Brasil, dos acessos do Sudeste. Os acessos de Rondônia apresentaram elevados valores para todos os compostos fitoquímicos e também apresentaram altos níveis de diversidade genética. Alguns acessos apresentaram níveis de bixina acima da média e são considerados materiais promissores para uso em programas de melhoramento genético de urucum. No quarto estudo, 12 locos microssatélites foram utilizados para determinar o sistema de cruzamento de uma população de urucum de Rondon do Pará, PA. A taxa de cruzamento multilocos indicou um sistema misto de cruzamento para esta população. A endogamia biparental também contribuiu para a taxa de autofecundação. Cruzamentos entre indivíduos aparentados também foram observados. Devido ao sistema misto, a coleta de sementes de polinização aberta para fins de conservação e melhoramento genético deve incluir pelo menos 60 plantas para assegurar uma amostragem representativa. No quinto estudo, a distribuição da diversidade genética entre amostras de urucum cultivado de quintais de comunidades ribeirinhas dos principais rios da Amazônia Brasileira, além de plantações ao longo das rodovias dos estados do Rondônia e Pará, além do Sudeste do Brasil foi caracterizada. As amostras coletadas apresentaram moderados níveis de diversidade genética e moderados a altos níveis de fluxo gênico entre os grupos geográficos, principalmente devido ao intercambio de semente entre agricultores. Contudo, análises Bayesianas e de agrupamento indicaram uma tendência de agrupamento baseado na origem geográfica das amostras. Isolamento por distância também foi observado de acordo com o teste de Mantel. No último estudo, amostras de urucum selvagem e cultivado da Amazônia brasileira foram comparados utilizando 16 locos microssatélites e duas regiões de DNA cloroplastidial. Uma clara separação entre cultivados e selvagens, suportada por altos valores de FST em ambas as análises foi observado. Amostras selvagens apresentaram altas taxas de diversidade em relação aos cultivados, parcialmente por não sofrem seleção antrópica como acontece nas variedades cultivadas. Os dados sugerem a existência de relações genéticas entre urucum selvagem e cultivado, indicado por moderados níveis de fluxo gênico. Os resultados também demonstraram a proximidade entre grupos de urucum selvagem e cultivados de Rondônia e da bacia do Rio Madeira. Esta proximidade fornece indícios que a domesticação de urucum iniciou nesta região a partir de B. orellana var. urucurana.

Submitted by Ana Damasceno (ana.damasceno@unipampa.edu.br) on 2016-11-07T16:30:36Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação - Evelise Carvalho.pdf: 2321912 bytes, checksum: 3957e800afc8b54ee2d2bc427c9dffd6 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-07T16:30:36Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação - Evelise Carvalho.pdf: 2321912 bytes, checksum: 3957e800afc8b54ee2d2bc427c9dffd6 (MD5) Previous issue date: 2015-05-19 / Algas verdes da classe Trebouxiphyceae estão entre os organismos presentes no continente Antártico, onde a espécie mais relatada é a macroalga verde Prasiola crispa (Lightfoot) Kützing. Considerada um organismo extremófilo, pois se desenvolve com muito sucesso no habitat extremo da Antártica, ainda são raros na literatura dados moleculares sobre esta espécie, o que impede uma avaliação sobre sua taxonomia e posição filogenética. Com o advento das tecnologias de sequenciamento de nova geração, os genomas de organelas tornaram-se uma grande ferramenta para estudos de filogenia, pois fornecem inúmeros dados filogenéticos, sequências de proteínas e nucleotídeos e também informações sobre conteúdo gênico e arquitetura. Neste trabalho, foi determinada a sequência dos genomas do cloroplasto (cpDNA) e mitocondrial (mtDNA) de P. crispa, com o intuito de inferir as relações evolutivas deste organismos com outras espécies de plantas verdes, bem como uma análise estrutural. Os genomas plastidial e mitocondrial foram sequenciados por Macrogen Service (SolexaIllumina Hi-Seq 2500). A montagem, anotação, alinhamento, construção da filogenia e análise sintênica foram realizados in silico com softwares específicos. O cpDNA e mtDNA P. crispa apresentam 196.502 pb e 89.819 pb, respectivamente. Estes genomas acessórios apresentam 21 genes putativos relacionados com a fotossíntese e 18 genes relacionados com o metabolismo oxidativo. A análise filogenômica baseada no cpDNA demonstrou que P. crispa agrupou com alga trebouxiophyceae Prasiolopsis sp. formando o clado Prasiola juntamente com Stichococcus bacilaris. Nossos resultados para filogenômica embasada no mtDNA revelam que P. crispa agrupa com as outras espécies da classe Trebouxiphyceae. A análise de sintenia do cpDNA e mtDNA de P. crispa com a espécies de plantas verdes relacionadas evolutivamente demonstram que estes organismos apresentam poucos blocos gênicos sintênicos. Este trabalho pioneiro com a alga P. crispa, demonstra que os genomas acessórios suprem uma gama de dados moleculares que podem ser utilizados para estudos filogenômicos. Além disto, as informações geradas a partir do sequenciamento do cpDNA e mtDNA de P. crispa fornecem um aporte para estudos futuros mais aprofundados / Green algae from Trebouxiophyceae class are among the organisms in the Antarctic continent, where the most reported species is the green macroalga Prasiola crispa (Lightfoot) Kützing. This algae is considered an extremophile organism because develops successfully in the harsh Antarctic habitat, however studies reporting molecular data of this species are still lacking in the literature, which prevents an assessment of their correct taxonomy and phylogenetic position. With the advent of next generation sequencing technologies, it because easier to obtain molecular information as for example from organelle genomes making them a great tool for taxonomic studies because they provide a great number of, phylogenetic data, nucleotides, protein sequences, gene content and architecture information. In this study, we determined the sequence of the chloroplast (cpDNA) and mitochondrial (mtDNA) genome of P. crispa in order to infer the evolutionary relationships of the organisms with other species of green plants, as well as a structural analysis. Plastid and mitochondrial genome was sequenced by Macrogen Service (Illumina Solexa Hi-Seq 2500). The genome assembly, annotation, sequences alignment, phylogeny construction, and structural analyses were performed in silico with specific softwares. Plastid and Mitochondrial genomes have a total length of 196,502 bp and 89,819 bp, respectively. These genomes presented 21 putative photosynthesis related genes and 18 oxidative metabolism related genes, respectively. Phylogenetic analysis based on the cpDNA demonstrated that P. crispa grouped with Trebouxiophyceae algae Prasiolopsis sp. forming the Prasiola clade along with Stichococcus bacilaris. Our results for phylogenetic analysis grounded in mtDNA show that P. crispa groups with other species of Trebouxiphyceaen alga. Synteny analysis of P. crispa cpDNA and mtDNA with evolutionarily related species of green plants shows that these organisms have few syntenic gene blocks. This pioneering work with P. crispa provided the accessories genomes which suppled a range of molecular data that can be employed to taxonomic studies. In addition, the information generated from the sequencing of cpDNA and mtDNA of P. crispa provide a contribution for further studies.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / O cloroplasto à uma organela caracterÃstica dos organismos fotossintetizantes sendo seu papel primordial na geraÃÃo de energia a partir de gÃs carbÃnico e Ãgua. Essa organela pode ter seu funcionamento comprometido quando submetida a estresses ambientais devido a fragilidade e complexidade do sistema. Para evitar perdas provocadas pelo estresse existem vÃrios mecanismos de adaptaÃÃo e regulaÃÃo das reaÃÃes que ocorrem no cloroplasto. Recentemente caracterizou-se mais um desses provÃveis mecanismos que foi chamado de clororespiraÃÃo. A clororespiraÃÃo foi esclarecida com a descoberta de uma enzima similar a oxidase alternativa da mitocondria que chamou-se de oxidase terminal do plastÃdeo (PTOX). A funÃÃo dessa respiraÃÃo do cloroplasto permanece incerta, mas uma das hipÃteses mais aceitas à que o funcionamento da clororespiraÃÃo poderia prevenir a formaÃÃo de espÃcies reativas de oxigÃnio atravÃs da reciclagem dos intermediÃrios redutores do cloroplasto. No presente trabalho foi caracterizado a presenÃa de dois genes que codificam para a oxidase terminal do plastÃdeo em plantas de Zea mays. Estudou-se tambÃm a expressÃo diferencial de ambos genes da PTOX em resposta ou estresse hÃdrico, alÃm da caracterizaÃÃo da clororespiraÃÃo atravÃs da atividade da NADH desidrogenase plastidial (NDH) em gel de poliacrilamida. A caracterizaÃÃo molecular dos genes da PTOX mostrou homologia de 60% quando comparadas as sequÃncias dos genes e de 79% quando comparadas as prÃ-proteÃnas traduzidas. Os genes dessa proteÃna tÃm estruturas similares, sendo compostos por oito introns e 9 Ãxons. Um estudo das regiÃes dos promotores dos genes mostrou que existiam elementos comuns porÃm a presenÃa de elementos diferentes como, o elementos cis MBS que à responssivo à seca, poderia revelar uma regulaÃÃo diferencial dos genes. A resposta diferencial foi confirmada atravÃs de RT-PCR semiquantitativo. O gene chamado de ptox1 teve sua expressÃo estÃvel, podendo ser considerado um gene constitutivo, enquanto que o gene chamado de ptox2 teve um aumento da expressÃo proporcional ao estresse aplicado tanto em folhas como em raÃzes de plantas de milho. A anÃlise da atividade da NDH em gel (zimograma) revelou a presenÃa dessa enzima em cloroplastos de milho confirmando a presenÃa das enzimas da clororespiraÃÃo. O estudo filogenÃtico de sequencias de cDNA de bancos de dados mostraram que milho e sorgo pertencentes ao grupo das monocotiledÃneas, sÃo espÃcies muito prÃximas e que compartilham dois genes ortÃlogos da PTOX identificados como ptox1 e ptox2. Concluiu-se pela primeira vez a presenÃa de dois genes da PTOX no genoma do milho, uma monocotiledÃena de metabolismo C4. Os genes foram denominados de ptox1 e ptox2. Eles foram encontrados em raÃzes e folhas e apenas o gene da ptox2 pareceu ser induzido em resposta ao estresse osmÃtico. / The chloroplast is an organelle characteristic of photosynthetic organisms and their role in generating energy from carbon dioxide and water. This organelle may be functionally compromised when subjected to environmental stress due to the fragility and complexity of the system. To avoid losses caused by stresses plants have evolved various coping mechanisms, as well as, regulation of the reactions that occur in the chloroplast. Most recently it was characterized one of these mechanisms that was called chlororespiration. The chlororespiration was bring to light with the discovery of an enzyme, similar to the alternative oxidase of mitochondria, that was called the plastid terminal oxidase (PTOX). The function of this chloroplast respiration remains uncertain, but one of the most accepted hypothesis is that the operation of chlororespiration could prevent the formation of reactive oxygen species by recycling the reducing intermediates of the chloroplast. The present study characterized the presence of two genes encoding the plastid terminal oxidase in plants of Zea mays., and its differential expression in response to water stress. It was also characterized the chlororespiration through the activity of plastidial NADH dehydrogenase (NDH) in polyacrylamide gel. The molecular characterization of PTOX genes showed 60% homology when compared sequences of genes, but 79% when compared to pretranslated proteins. The genes of this protein have similar structures, being composed of nine exons and eight introns. A study of regions of the promoters of the genes showed that there were common elements, but the presence of different elements such as the cis elements that MBS responsive to drought, could reveal a differential regulation of genes. The differential response was confirmed by semiquantitative RT-PCR. The gene called ptox1 had its expression level stable and could be considered a constitutive gene, while the gene called ptox2 had an increased expression proportional to the applied stress in both leaves and roots of maize plants. The analysis of NDH activity gel (zimograms) revealed the presence of this enzyme in maize chloroplasts suggesting the existence of the chlororespiratory pathway. The phylogenetic analysis of cDNA sequences from NCBI databases showed that maize and sorghum, being closely related species, share two genes )identified as orthologs of PTOX (ptox1 and ptox2). It was confirmed for the first time the presence of two PTOX genes in the genome of maize, a C4-metabolism monocotyledon and its differential expression under drought stress.

Tesis por compendio / [EN] ocp3 mutant plants exhibit an accelerated and intensified callose deposition in response to infection by Botrytis cinerea or Plectosphaerella cucumerina. After phenotypic analysis of a series of double mutants ocp3 we observed that both, the increase callose deposition and resistance, require PMR4 callose synthase and hormone abscisic acid (ABA). In wild plants after infection with any of these necrotrophic fungi, ABA synthesis increases, this increase is even higher in ocp3. The greater resistance observed in ocp3 plants also requires the correct perception of jasmonic acid (JA) through COI1 receptor. However, JA is not required for the synthesis and basal callose deposition. In this way it could propose a model in which OCP3 exerts a specific control for callose deposition regulated by JA and requires, indispensably, ABA. The OCP3 protein, sequence homology, is classified as a nuclear transcription factor family member of Homeobox. However, we found that OCP3 imported and accumulates in the chloroplasts, and colocalized with pentatricopeptide repeat proteins involves in RNA editing. Specifically, OCP3 participates regulating ndhB transcript editing. ndhB encodes one subunit of the multiprotein chloroplast complex NADPH dehydrogenase (NDH). The absence of OCP3 results in a decay of ndhB editing; a fact which entails a reduction of the activity of NDH complex and therefore leads to a defect in the cyclic electron flow (CEF) around the photosystem I (PSI). We were also able to confirm that mutants having altered activity of NDH complex, as crr2 and crr21 turn have an increased resistance to infection by P. cucumerina, and show an increased callose deposition. Moreover, we note that the editing of the mRNA for other subunits encoded in the chloroplast NDH complex are also subject to regulation which is significantly altered in the presence of a pathogenic stimuli. At the same time, the stability of NDH complex also compromised after a pathogenic insult. All these results indicate that the NDH complex is subject to a subtle regulation in accordance with the changing environment. The ABA is a key player in activating plant defense against P. cucumerina infection. Moreover, hemibiotrofos pathogens such as Pseudomonas syringae DC3000 also cause increased synthesis of ABA. However, this increase leads to the suppression of defensive responses, which can be attributed a dual role. The regulation of dual role of this hormone, activator and repressor some other defenses, indicates the existence of a post-regulating hormone synthesis. In this Doctoral Thesis, it has been identified as PYR1 family member receptor ABA PYR/PYL/RCAR perceives this hormone to trigger a response to infection by a pathogen. PYR1 reduces the salicylic acid (SA) dependent response against the biotrophic pathogens attack. Thus exerts a positive control JA-dependent responses required to activate the defenses against necrotrophic pathogens. The loss of the perception of ABA through PYR1 activates the expression of SA-responsive genes, alteration of chromatin remodeling and increase in the activation of MAP kinases after the attack biotrophic pathogens. Thus, the ABA through PYR1 receptor and through an epigenetic control, have a regulatory role in plant immunity depending on the lifestyle of pathogens infecting the plant. / [ES] Las plantas mutantes ocp3, presentan una acelerada e intensificada deposición de calosa en respuesta a la infección producida por Botrytis cinerea o Plectosphaerella cucumerina. Tras el análisis fenotípico de una serie de dobles mutantes en el fondo ocp3 observamos que tanto el incremento en la deposición de calosa como de la resistencia requieren de la calosa sintasa PMR4, y de la hormona ácido abscísico (ABA). En las plantas silvestres, tras la infección por alguno de estos hongos necrotrofos, se incrementa la síntesis de ABA, incremento éste que aún es mayor en las plantas ocp3. La mayor resistencia que se observa en las plantas ocp3 también requiere de la correcta percepción del ácido jasmónico (JA) a través del receptor COI1. Sin embargo, el JA no es requerido para la síntesis y deposición de calosa basal. De esta forma se podría proponer un modelo en el que OCP3 ejerce un control específico para la deposición de calosa regulada por JA y que requiere, indispensablemente, de ABA. La proteína OCP3, por homología de secuencia, se clasifica como un factor de transcripción nuclear miembro de la familia de los Homeobox. Sin embargo, encontramos que OCP3 se importa y acumula en los cloroplastos, y se colocaliza con proteínas que contienen motivos de repetición pentatricopeptidos e implicadas en la edición de RNA. Concretamente, OCP3 participa regulando el mecanismo de edición del transcrito ndhB que codifica una de las subunidades del complejo multiprotéico NADPH deshidrogenasa (NDH) del cloroplasto. La ausencia de OCP3 se traduce en una deficiente edición de ndhB; hecho éste que conlleva un deterioro en la funcionalidad del complejo NDH y que por tanto acarrea un defecto en el flujo cíclico de electrones (CEF) alrededor del fotosistema I (PSI). También pudimos confirmar que mutantes que presentan alteraciones en la actividad del complejo NDH, como crr2 y crr21, a su vez presentan un incremento en la resistencia frente a la infección por P. cucumerina, además de mostrar una mayor deposición de calosa. Por otra parte, observamos que la edición de los mRNA para otras subunidades del complejo NDH codificadas en el cloroplasto están, también, sujetas a una regulación que se ve notablemente alterada en presencia de un estimulo patogénico. Al mismo tiempo, la estabilidad del complejo NDH también se ve comprometida tras un insulto patogénico. Todos estos resultados indicarían que el complejo NDH está sujeto a una sutil regulación en concordancia con las condiciones cambiantes del entorno. El ABA es determinante en la activación de mecanismos de defensa frente a P. cucumerina. Por otra parte, patógenos hemibiotrofos como por ejemplo Pseudomonas syringae DC3000 también provocan incremento en la síntesis de ABA. Sin embargo, este incremento acarrea la supresión de las respuestas defensivas, por lo que se le puede atribuir un papel dual. La regulación del papel dual de esta hormona, activador de unas defensas y represor de otras, indica la existencia de una regulación posterior a la síntesis de la hormona. En la presente Tesis Doctoral, se ha identificado a PYR1 como el miembro de la familia de los receptores de ABA PYR/PYL/RCAR que percibe esta hormona para desencadenar una respuesta a la infección por un patógeno. PYR1 amortigua la respuesta dependiente de ácido salicílico (SA) frente al ataque de un patógeno biotrofo. De esta forma ejerce un control positivo sobre las respuestas dependientes de JA requeridas para activar las defensas frente a patógenos necrotrofos. La pérdida de la percepción del ABA por PYR1 provoca una activación de los genes de respuesta a SA, una alteración de la remodelación de la cromatina y un incremento en la activación de las MAP quinasas tras el ataque de patógenos biotrofos. De esta forma, el ABA a través del receptor PYR1 y a través de un control epigenético, tendría un papel regulador de la inmunidad vegetal en función del / [CA] Les plantes mutants ocp3, presenten una accelerada e intensificada deposició de calosa en resposta a la la infecció produïda per Botrytis cinerea o Plectosphaerella cucumerina. Darrere l'anàlisi d'una sèrie de dobles mutants amb ocp3, observem que tant l'increment en la deposició de calosa com de la resistència requereixen de la calosa sintasa PMR4, i de l'hormona àcid abscisic (ABA). Les plantes silvestres infectades amb algú d'aquests fongs necrotrofs, incrementen la síntesi de ABA, increment aquest que encara és major en les plantes ocp3. La major resitència que s'observa en les plantes ocp3 també requereix de la correcta percepció de l'àcid jasmonic (JA) a través del receptor COI1. No obstant això, el JA no és requerit per a la síntesi i deposició de calosa basal. D'aquesta forma, es podria proposar un model en el qual OCP3 exerceix un control especific per a la deposició de calosa regulada pel JA i que requerix, indispensablement, de l'ABA. La proteïna OCP3, per homologia de seqüència, es classifica com un factor de transcripció nuclear membre de la familia dels Homeobox. No obstant això, trobem que OCP3 s'importa i acumula en el cloroplasts, i es colocaliza amb proteïnes que contenen motius de repetició pentatricopeptids i implicades en l'edició de RNA. Concretament, OCP3 participa regulant el mecanisme d'edició del transcrit ndhB que codifica una de les subunitats del complex multiproteic NADPH deshidrogenasa (NDH) del cloroplast. L'absència d'OCP3 es tradueix en una deficient edició de ndhB; fet aquest que comporta una pèrdua de la funcionalitat del complex NDH i que per tant implica un defecte en el flux cíclic d'electrons (CEF) al voltant del fotosistema I (PSI). També vam poder confirmar que mutants que presenten alteracions en la activitat del complex NDH, com crr2 i crr21, al seu torn presenten un increment en la resistència enfront de la infecció per P. cucumerina, a més de mostrar una major deposició de calosa. D'altra banda, observem que l'edició dels mRNA per a altres subunitats del complex NDH codificades en el cloroplast estan, també, subjectes a una regulació que es ceu notablement alterada en preséncia d'un estimulo patogenic. Tots aquests resultats indicarien que el complex NDH està subjecte a una sutil regulació en concordaça amb les condicions canviants de l'entorn. El ABA es determinatn en l'activació de mecanismes de defensa enfront de P. cucumerina. D'altra banda, patògens hemibiotrofs com per exemple Pseudomonas syringae DC3000 també provoquen increment en la síntesi de ABA. No obstant això, aquest increment implica la supressió de les respostes defensives, per la qual cosa se li pot atribuir un paper dual. La regulació del paper dual d'aquesta hormona, activador d'unes defenses i repressor d'unes altres, indica l'existència d'una regulació posterior a la síntesi de l'hormona. En la present Tesis Doctoral, s'ha indentificat a PYR1 com el membre de la familia dels receptors de ABA PYR/PYL/RCAR que percep aquesta hormona per desencadenar una resposta a la infecció per un patogen. PYR1 esmorteeix la resposta dependent d'acid salicílic (SA) enfornt de l'atac d'un patogen biotorof. D'aquesta forma exerceix un control positiu sobre les respostes dependents de JA requerides per activar les defenses enfront de patògens necrotofs. La pèrdua de la percepció del ABA per PYR1 provoca una activació de les MAP quinases després de l'atac de patògens biotrofs. Així donçs, el ABA a través del receptor PYR1 i a través d'uun control epigenètic, tindria un paper regulador de la immunitat vegetal en funció de l'estil de vida del patogen que infecti a la planta. / García-Andrade Serrano, J. (2016). Función de OCP3 en la resistencia de Arabidopsis frente a hongos necrotrofos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/63147 / Compendio