Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas. Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e do Desenvolvimento / Made available in DSpace on 2012-10-25T23:52:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 299609.pdf: 436171 bytes, checksum: ed76a5d58a2c662e70ae2d2bf827337b (MD5) / Kappaphycus alvarezii é uma macroalga de grande importância econômica, devido a extração de kappa carragenana de suas paredes celulares. Apresenta diversas variantes pigmentares tais como: vermelho escuro, marrom, amarelas e diferentes tonalidades de verde. A radiação ultravioleta-B (RUVB) afeta as macroalgas em diversas maneiras importantes, incluindo a redução nas taxas de crescimento, redução na produtividade primária, e mudanças na biologia celular e na organização ultraestrutural. Portanto, nós examinamos o efeito da RUVB na variante marrom de K. alvarezii durante 28 dias de cultivo sendo 3 h diárias de exposição. As plantas controle apresentaram taxas de crescimento de 7.27% dia-1, enquanto as plantas expostas a RUVB cresceram apenas 4.0% dia-1. Diferenças significativas nas taxas de crescimento e nas concentrações de ficobiliproteínas entre controle e plantas a RUVB foram verificadas. Comparado com as plantas controle, as concentrações das ficobiliproteínas apresentaram redução após a exposição RUVB. Além disso, a concentração da clorofila a diminuiu e mostrou diferenças significativas após a exposição RUVB. A RUVB ocasionou mudanças na ultraestrutura das células corticais e subcorticais, incluindo o aumento da espessura da parede celular e o número de plastoglóbulos, redução nos espaços intracelulares, alterações no contorno das células e destruição de organização interna dos cloroplastos. A reação com azul de Toluidina evidenciou um aumento na espessura da parede celular, e o ácido periódico Schiff mostrou uma diminuição no número de grãos de amido. Pelas mudanças significativas nas taxas de crescimento, nas concentrações dos pigmentos fotossintetizantes, e mudanças ultraestruturais observadas, torna-se evidente que RUVB afeta negativamente as macroalgas intermareais e sua viabilidade econômica / The effects of ultraviolet radiation-B (UVBR) in apical segments of the red macroalgae Gracilaria domingensis (Kützing) Sonder ex Dickie were examined in vitro. Over a period of 21 days, the segments were cultivated and exposed to photosynthetically active radiation (PAR) at 80 µmol photons m-2 s-1 and PAR +UVBR at 1.6 Wm-2 for 3 h per day. The samples were processed for electron microscopy, as well as histochemical analysis, and growth rate, photosynthetic pigment contents and photosynthetic performance were measured. Toluidine Blue reaction showed metachromatic granulations in vacuole and lenticular thickness, while Coomassie Brilliant Blue showed a higher concentration of cytoplasmic organelles, and Periodic Acid Schiff stain showed an increase in the number of floridean starch grains. UVBR also caused changes in the ultrastructure of cortical and subcortical cells, which included an increased number of plastoglobuli, changes in mitochondrial organization, destruction of chloroplast internal organization, and the disappearance of phycobilisomes. The algae cultivated under PAR-only showed growth rates of 6.0% day-1, while algae exposed to PAR +UVBR grew only 2.8% day-1. Compared with algae cultivated with PAR-only, the contents of photosynthetic pigments, including chlorophyll a, phycoerythrin, phycocyanin and allophycocyanin, decreased after exposure to PAR + UVBR, and significant differences were observed. Finally, analysis of these four photosynthetic parameters also showed reduction after exposure to PAR + UVBR: maximum photosynthetic rate, photosynthetic efficiency, photoinhibition and relative electron transport rate. Taken together, these findings strongly suggested that UVBR negatively affects the agarophyte G. domingensis

Made available in DSpace on 2015-05-14T16:53:19Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-09-29Bitstream added on 2015-05-14T16:59:01Z : No. of bitstreams: 1 000828746.pdf: 1138326 bytes, checksum: c4e54549a4c172ef01d36a29c890fb6d (MD5) / O estudo da mobilização de reservas em Passiflora edulis é de grande importância para o conhecimento da fisiologia da germinação da espécie, e esse conhecimento pode abrir caminhos para novas aplicações científicas e econômicas. Nossos experimentos mostraram a mobilização de reservas da semente através da microscopia eletrônica de transmissão, onde observamos a disposição dos corpos lipídicos, o consumo dos corpos proteicos e posterior formação do vacúolo no endosperma, e indícios da retomada do metabolismo com a mudança de formato do núcleo. Também realizamos a análise dos ácidos graxos durante a germinação, verificando que há diferenças na mobilização de ácidos graxos entre os tratamentos de luz branca contínua e escuro, no endosperma, enquanto nos cotilédones, não há diferenças significativas entre os dois tratamentos, sugerindo que as diferenças no padrão da mobilização de reservas no endosperma pode ter papel importante para a manutenção dos cotilédones em estágios similares de desenvolvimento tanto na luz quanto no escuro. A análise de açúcares mostrou um consumo errático para alguns açúcares no endosperma, mostrando ciclos de incremento/utilização tanto sob luz branca quanto no escuro, ao passo que nos cotilédones o consumo foi mais linear, com pouca variação nos primeiros dias após a semeadura (DAS) seguido de um aumento nas médias por volta de 8 a 10 DAS. Também observamos a presença de cloroplastos no endosperma de sementes germinadas sob luz branca contínua e nos cotilédones tanto de sementes germinadas sob luz branca contínua quanto no escuro. O fato de haver cloroplastos no endosperma de sementes ortodoxas ainda não foi relatado na literatura, e análises para averiguar sua morfologia e similaridade com cloroplastos capazes de realizar fotossíntese, bem como a importância da sua presença no endosperma, são de grande relevância. Também procuramos mostrar o papel... / Seed reserve mobilization in Passiflora edulis fruit is of great importance to the knowledge of this species seed germination, and this knowledge can open new ways for scientific and economic applications. Our experiments showed seed reserve mobilization through transmission electron microscopy, where we observed the disposition of the lipid bodies, protein bodies consumption and subsequent vacuole formation, and evidence of metabolism resumption with changes in nuclei format. We also analyzed free fatty acids during germination, verifying that there are differences in fatty acid mobilization between the continuous light and darkness treatments, in the endosperm. In the cotyledons, there are no significant differences between the two treatments, suggesting that the differences in the patterns of reserve mobilization may have an important role in maintaining the cotyledons in the same developmental stage in continuous light as well as in darkness. Free sugar analysis showed an erratic consumption pattern for some sugars in the endosperm, presenting increment/mobilization cycles in continuous light as well as continuous darkness, whereas in the cotyledons, with little to no variation in the first days after sowing (DAS) followed by an increase in averages at 8 and 10 DAS. We also observed the presence of chloroplasts in the endosperm of seeds germinated under continuous white light, and in the cotyledons of seeds germinated under continuous white light and continuous darkness. The endosperm of an orthodox seed having chloroplasts is still not reported in the literature, and analysis to verify their morphology and similarity to photosynthesizing chloroplasts, as well as its importance in the endosperm, are of great relevance. We also tried to show the endosperm role in the plant initial development, and possible differences in plant growth and development during the initial days of establishment. These differences can be explained not only...

Submitted by Rodolfo Lizcano Toledo (rodolfolizcano@gmail.com) on 2017-04-11T19:04:14Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Rodolfo_Lizcano_Toledo.pdf: 3969406 bytes, checksum: 2ef5dd577215fbca06ae57d5b3bd9983 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-04-11T19:16:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 lizcanotoledo_r_me_jabo.pdf: 3969406 bytes, checksum: 2ef5dd577215fbca06ae57d5b3bd9983 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-11T19:16:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 lizcanotoledo_r_me_jabo.pdf: 3969406 bytes, checksum: 2ef5dd577215fbca06ae57d5b3bd9983 (MD5) Previous issue date: 2017-03-08 / O experimento foi conduzido em casa de vegetação na FCAV/UNESP. Objetivou-se avaliar a caracterização os sintomas visuais de deficiência de micronutrientes em folhas; e avaliar os efeitos desses micronutrientes no estado nutricional do maracujazeiro amarelo. No experimento foi utilizado solução nutritiva, como substrato vermiculita em extrato úmido. Foram utilizadas mudas de maracujá (Passiflora edulis Sims.) do híbrido comercial BRS Gigante Amarelo do Cerrado. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado; com oito tratamentos (solução completa (Controle), omissão de B, omissão de Cu, omissão de Fe, omissão de Mn, omissão de Mo, omissão de Zn, solução completa + Ni); e 5 repetições. Utilizou-se como unidade experimental; vasos com 8 dm-3 de substrato com 1 planta/vaso e 2 vasos por unidade experimental. Após 60 dias do plantio, foi avaliada a matéria seca de cada tratamento, foi feito diagnóstico visual das deficiências nutricionais em folhas. Semanalmente foi avaliado o teor de clorofila para estabelecer regressão linear ou quadrática, entre os teores de clorofila e as deficiências nutricionais de cada tratamento; uma avaliação de variáveis fisiológicas como a transpiração, fotossíntese, condutância estomática e concentração interna e externa de CO2. Avaliaram-se características morfológicas como desenvolvimentos de pêlos radiculares e alterações no mesofilo foliar. A ordem de manifestação das deficiências no experimento foram as seguintes: Fe>Mn>Zn>Cu>Mo>B; a toxicidade de Níquel apareceu aos 40 dias após ao transplante, com sintomas de clorose nas folhas novas, logo um amarelecimento geral e algumas partes brancas. A omissão de B resultou em deformações no limbo foliar e perda da dominância apical, mostrando deformação dos pontos de crescimento; a omissão de Mn ocasionou redução do crescimento e clorose generalizada das folhas jovens com reticulo grosso, a omissão de Fe resultou em uma clorose internerval, com aparência de reticulado fino, sendo Fe e Mn os primeiros nutrientes cuja omissão resulta em sintomas de deficiência nas plantas de maracujá, seguidos pelo zinco e cobre, e por último o boro. O zinco e cobre apresentaram deformação e alongamento das folhas reduzindo consideradamente a altura e desenvolvimento radicular, o molibdênio apresentou uma clorose nas folhas velhas que posteriormente se espalho de forma geral. Os teores dos micros na parte aérea e raiz variaram de acordo ao tratamento, refletindo em problemas morfológicos e a nível ultra-estrutural na célula e fisiológicos, alterando variáveis como a transpiração, fotossíntese, condutância estomática e a relação entre a concentração de CO2 nos espaços intercelulares e a concentração de CO2 no ambiente. A omissão de ferro foi o elemento que mais refletiu problemas pela formação de pêlos radicais, observando-se maior formação destes em condições de deficiência do elemento possivelmente por sua relação com os hormônios etileno e auxinas. Todos os tratamentos apresentaram um desarranjo e desorganização a nível ultra-estrutural, nas organelas como os cloroplastos, parede celular, grânulos de amidos, grânulos de lipídeos, núcleo, afetando o funcionamento da célula e causando problemas fisiológicos que refletem em sintomas visuais e no desenvolvimento do maracujazeiro. / The experiment was conducted in a greenhouse at FCAV / UNESP. The objective was to evaluate the characterization of the visual symptoms of micronutrient deficiency in leaves; And to evaluate the effects of these micronutrients on the nutritional status of yellow passion fruit. In the experiment, a nutrient solution was used, with vermiculite as a substrate in a humid extract. Passion fruit (Passiflora edulis Sims.) Seedlings of commercial hybrid BRS Gigante Amarelo do Cerrado were used. The experimental design was completely randomized; With eight treatments (complete solution (Witness), omission of B, omission of Cu, omission of Fe, omission of Mn, omission of Mo, omission of Zn, complete solution + Ni); And 5 replicates. It was used as experimental unit; Vessels with 8 dm-3 of substrate with 1 plant / pot and 2 pots per experimental unit. After 60 days of planting, the dry matter of each treatment was evaluated, and the nutritional deficiencies were evaluated in leaves. The chlorophyll content was evaluated weekly to establish linear or quadratic regression between chlorophyll levels and nutritional deficiencies of each treatment; besides an evaluation of physiological variables such as transpiration, photosynthesis, stomatal conductance and internal and external CO2 concentration. Morphological characteristics were evaluated by means of optical microscope as were the development of root hair and by means of transmission electron microscopy, changes in leaf mesophyll. The order of manifestation of the deficiencies in the experiment were as follows: Fe> Mn> Zn> Cu> Mo> B; The toxicity of Nickel appeared at 40 days after the experiment was carried out in the vessels with symptoms of chlorosis in the new leaves, thus a general yellowing and some white parts. The omission of B resulted in deformations in the leaf limb and loss of apical dominance, showing deformation of the growth points; The omission of Mn caused reduction of growth and generalized chlorosis of the young leaves with thick reticulum, the omission of Fe resulted in an internerval chlorosis, with the appearance of fine crosslinking, with Fe and Mn being the first nutrients whose omission results in symptoms of plant deficiency Of passion fruit, followed by zinc and copper, and finally boron. The zinc and copper presented deformation and elongation of the leaves, reducing considerably the height and root development, the molybdenum presented a chlorosis in the old leaves that later spread in general form. The contents of the microspheres in the shoot and root varied according to the treatment, reflecting in morphological and ultrastructural problems in the cell and physiological, changing variables such as transpiration, photosynthesis, stomatal conductance and the relation between the concentration of CO2 in the spaces And the concentration of CO2 in the environment. The iron omission was the element that most reflected problems due to the formation of radical hair, being observed a greater formation of iron under conditions of deficiency of the element possibly due to its relation with the hormones ethylene and auxins. The observations in the transmission electron microscope showed in all the treatments a derangement and disorganization at the ultrastructural level, in the organelles as the chloroplasts, cell wall, starch granules, lipid granules, nucleus, affecting the functioning of the cell and causing physiological problems Which reflect on visual symptoms and the development of passion fruit.

Orientador: Massanori Takaki / Banca: Victor José Mendes Cardoso / Banca: Adelita Aparecida Sartori Paoli / Banca: Fábio Socolowski / Banca: Marcílio de Almeida / Resumo: O estudo da mobilização de reservas em Passiflora edulis é de grande importância para o conhecimento da fisiologia da germinação da espécie, e esse conhecimento pode abrir caminhos para novas aplicações científicas e econômicas. Nossos experimentos mostraram a mobilização de reservas da semente através da microscopia eletrônica de transmissão, onde observamos a disposição dos corpos lipídicos, o consumo dos corpos proteicos e posterior formação do vacúolo no endosperma, e indícios da retomada do metabolismo com a mudança de formato do núcleo. Também realizamos a análise dos ácidos graxos durante a germinação, verificando que há diferenças na mobilização de ácidos graxos entre os tratamentos de luz branca contínua e escuro, no endosperma, enquanto nos cotilédones, não há diferenças significativas entre os dois tratamentos, sugerindo que as diferenças no padrão da mobilização de reservas no endosperma pode ter papel importante para a manutenção dos cotilédones em estágios similares de desenvolvimento tanto na luz quanto no escuro. A análise de açúcares mostrou um consumo errático para alguns açúcares no endosperma, mostrando ciclos de incremento/utilização tanto sob luz branca quanto no escuro, ao passo que nos cotilédones o consumo foi mais linear, com pouca variação nos primeiros dias após a semeadura (DAS) seguido de um aumento nas médias por volta de 8 a 10 DAS. Também observamos a presença de cloroplastos no endosperma de sementes germinadas sob luz branca contínua e nos cotilédones tanto de sementes germinadas sob luz branca contínua quanto no escuro. O fato de haver cloroplastos no endosperma de sementes ortodoxas ainda não foi relatado na literatura, e análises para averiguar sua morfologia e similaridade com cloroplastos capazes de realizar fotossíntese, bem como a importância da sua presença no endosperma, são de grande relevância. Também procuramos mostrar o papel... / Abstract: Seed reserve mobilization in Passiflora edulis fruit is of great importance to the knowledge of this species seed germination, and this knowledge can open new ways for scientific and economic applications. Our experiments showed seed reserve mobilization through transmission electron microscopy, where we observed the disposition of the lipid bodies, protein bodies consumption and subsequent vacuole formation, and evidence of metabolism resumption with changes in nuclei format. We also analyzed free fatty acids during germination, verifying that there are differences in fatty acid mobilization between the continuous light and darkness treatments, in the endosperm. In the cotyledons, there are no significant differences between the two treatments, suggesting that the differences in the patterns of reserve mobilization may have an important role in maintaining the cotyledons in the same developmental stage in continuous light as well as in darkness. Free sugar analysis showed an erratic consumption pattern for some sugars in the endosperm, presenting increment/mobilization cycles in continuous light as well as continuous darkness, whereas in the cotyledons, with little to no variation in the first days after sowing (DAS) followed by an increase in averages at 8 and 10 DAS. We also observed the presence of chloroplasts in the endosperm of seeds germinated under continuous white light, and in the cotyledons of seeds germinated under continuous white light and continuous darkness. The endosperm of an orthodox seed having chloroplasts is still not reported in the literature, and analysis to verify their morphology and similarity to photosynthesizing chloroplasts, as well as its importance in the endosperm, are of great relevance. We also tried to show the endosperm role in the plant initial development, and possible differences in plant growth and development during the initial days of establishment. These differences can be explained not only... / Doutor

O déficit hídrico é o principal fator limitante na produtividade das culturas agrícolas. Com a crescente expansão da cultura canavieira rumo a regiões de marcantes déficits hídricos, torna-se essencial o desenvolvimento de variedades tolerantes a este tipo de estresse. O objetivo deste trabalho foi estudar os efeitos do déficit hídrico, em 20 variedades de cana-de-açúcar, visando identificar características para auxiliar o programa de melhoramento da cultura. O conteúdo relativo de clorofila, a eficiência quântica potencial do fotossistema II (Fv/Fm), o teor relativo de água (TRA), o incremento em altura dos colmos (IAC) foram utilizados como parâmetros fisiológicos além das características tecnológicas da matéria prima Brix e Pol. O déficit hídrico foi imposto pela suspensão da irrigação durante 3, 10 e 20 dias. O déficit hídrico reduziu o conteúdo relativo de clorofila, TRA, Fv/Fm, IAC e Pol para a maioria das variedades analisadas enquanto o teor de sólidos solúveis, mensurada através do Brix, não foi afetado. O período de suspensão de rega de 03 dias não foi suficiente para induzir déficit hídrico e, as melhores respostas para identificação de diferenças fisiológicas dentro de variedades foi obtida aos 20 dias. Não foi observado padrão de resposta que possa ser relacionado com o nível de tolerância das variedades para o resultado dos parâmetros IAC, TRA, Brix e Pol. Contudo constatou-se que os parâmetros Fv/Fm e conteúdo relativo de clorofila mostraram-se eficientes para diferenciar variedades de cana-de-açúcar tolerantes e sensíveis à deficiência hídrica. / Drought is a major limitation to crop productivity worldwide. The sugarcane is a crop in expansion towards areas of marked water deficit and it is essential the development of drought tolerant varieties. The aim of this work was to study the effects of drought in 20 sugarcane genotypes to identify parameters to improve the genotype screening in the breeding program. The relative chlorophyll content, potential quantum efficiency of photosystem II (Fv/Fm), the relative water content (TRA), the increase in height of stalks (IAC) were evaluated as physiological parameters in addition to the technological parameters Brix and Pol. The water deficit was imposed by withholding irrigation for 3, 10 and 20 days. The water deficit reduced the relative chlorophyll content, TRA, Fv/Fm, Pol and IAC for most varieties evaluated while the soluble solids content, measured by ° Brix, was unaffected. The withhold treatment of 03 days was not sufficient to induce water deficit and the best results to identify physiological differences within genotypes were obtained with 20 days. The IAC, TRA, Brix and Pol results were not related to the level of tolerance of genotypes. However, Fv/Fm and relative chlorophyll content traits were effective to distinguish between drought tolerant and susceptible sugarcane genotypes subjected to water stress.

Na célula eucariota, os processos metabólicos estão compartimentalizados em organelas e proteínas sintetizadas no citosol são endereçadas para elas por meio de sistema celular específico. Devido a sobreposições funcionais entre organelas, uma dada proteína pode ser requerida em mais de um compartimento. É o caso de proteínas com duplo direcionamento, em que um gene nuclear é capaz de gerar produtos protéicos direcionados para mais de uma organela. Cerca de 60 proteínas de plantas já tiveram seu duplo direcionamento demonstrado, a maioria para mitocôndrias e cloroplastos, portanto um fenômeno não tão raro como imaginado. Estudos recentes procuram esclarecer os mecanismos que permitem esse duplo direcionamento, mesmo existindo fatores celulares que garantem a especificidade do transporte para cada organela. O presente trabalho está dividido em três partes. Na primeira, foram investigados aspectos evolutivos do duplo direcionamento. Na análise comparativa de famílias gênicas com membros cujos produtos protéicos apresentam duplo direcionamento, em Arabidopsis thaliana e Oryza sativa, foi demonstrada a conservação do duplo direcionamento de monodeidroascorbato redutase, metionina aminopeptidase e, provavelmente, de THI1 (enzima da biossíntese de tiazol), entre as duas espécies. Os dados sugeriram um mesmo padrão de evolução em famílias incluindo membros com duplo direcionamento. Na segunda parte, o foco foi a seqüência de duplo direcionamento. Documentado o duplo direcionamento, para mitocôndrias e cloroplastos, de proteínas de ligação ao RNA, RBP1a, RBP1b e RPS19, mutações sítiodirigidas foram introduzidas na seqüência de direcionamento de RBP1b. A importância de aminoácidos positivos para o direcionamento de proteínas para mitocôndrias foi confirmada. Demonstrou-se que a mutação da alanina na posição 2, conservada em seqüências de direcionamento ambíguas para mitocôdrias e cloroplastos, não afeta o duplo direcionamento de RBP1b. A informação para o duplo direcionamento foi localizada entre os 17 primeiros aminoácidos da região amino-terminal. Os sinais de direcionamento para cloroplastos se distribuíram ao longo da seqüência. Enquanto a metade amino-terminal da seqüência foi suficiente para determinar o duplo direcionamento, a seqüência compreendendo os 13 aminoácidos seguintes afetaram a eficiência do transporte. Nessas análises, mostrou-se a adequação de método quantitativo na medida dos sinais de fluorescência da GFP, para ser aplicado em estudos quantitativos do direcionamento de proteínas para mitocôndrias e cloroplastos, in vivo. Na terceira parte, o foco foi o mecanismo traducional do duplo direcionamento de THI1, em A. thaliana. Entretanto, não foi possível testar a hipótese da presença de um sítio interno de entrada do ribossomo (IRES) no mRNA de thi1, pois não se encontrou um sistema de expressão transiente capaz de reproduzir dados da literatura que mostraram o duplo direcionamento de THI1. Nos sistemas testados, a proteína foi encontrada somente em cloroplastos, o que inviabilizou o prosseguimento da investigação. / Compartimentalization of the metabolic processes in organelles, each one having a characteristic protein pool and distinct functions, is a property of eukaryote cells. A highly specific cellular system directs proteins, which are synthesized in the cytosol, to the proper organelles. However, due to functional overlaps between organelles, a given protein may be needed in different compartments. This is the case of dual-targeted proteins, which are the product of single nuclear genes, but are somehow directed to different organelles. About 60 plant proteins have had their dual targeting demonstrated, most of them to mitochondria and cloroplasts, the phenomenon being not so rare as previously supposed. Investigations have focused on the mechanisms, which enable protein dual targeting, even in the presence of other cell mechanisms that guarantee the specific protein transport to each organelle. The present work on the subject can be divided in three parts. In the first part, evolutionary aspects of dual targeting were investigated. A comparative analysis of gene families that included members encoding dual-targeted proteins in Arabidopsis thaliana and Oryza sativa demonstrated that the dual targeting of monodehidro-ascorbate reductase, methyonine aminopeptidase and, problably, of the thiazole biosynthetic enzyme THI1 was evolutionary conserved between the two species. In addition, the data suggested the same pattern of evolution for families with members presenting dual targeting. The focus of the second part was the ambiguous sequence for dual targeting. After showing that the RNA-binding proteins RBP1a, RBP1b and RPS19 were dual-targeted to mitochondria and cloroplasts, sitedirected mutations were introduced in the targeting sequence of RBP1b. The importance of positive-charged amino acids for directing the protein to mitochondria was confirmed. Mutation of alanine at position 2, which is conserved in ambiguous sequences, was shown not to affect RBP1b dual targeting. Information for dual targeting was localized among the 17 first amino acids in the amino-terminal region. The signals for directing the protein to cloroplasts appeared distributed along the targeting sequence. While the amino-terminal half of the sequence was sufficient for RBP1b dual targeting, the sequence comprising the next 13 amino acids appeared to affect the efficiency of the transport. In these analyses, a quantitative method to measure the intensity of fluorescent signals of GFP had its efficacy demonstrated to be adopted for in vivo quantitative analysis of dual targeting to mitochondria and cloroplasts. In the third part, the focus was the translational mechanism enabling THI1 dual targeting to mitochondria and cloroplasts, in A. thaliana. It was hypothesized that an internal ribosomal entry site (IRES) was present in thi1 mRNA. However, a transient expression system could not be found that reproduced the literature data demonstrating THI1 dual targeting. In the tested systems the protein was addressed solely to cloroplasts, thus preventing the objective to be pursued.

Ao longo dos últimos anos, o radical livre gasoso óxido nítrico (NO) vem ganhando destaque como uma importante molécula sinalizadora em respostas fotomorfogênicas em plantas. Sua produção e dagradação parecem incluir uma diversificada gama de rotas bioquímicas, entretanto, a importância relativa de cada um dos sistemas capazes de regular sua disponibilidade e toxidade nos tecidos vegetais ainda permanece pouco compreendida. Dentre as possíveis rotas de conjugação e degradação do NO em tecidos vegetais, postula-se que a glutationa (GSH) desempenhe um papel de destaque no armazenamento desse radical livre por meio da formação reversível da S-nitrosoglutationa (GSNO), sendo possível sua subsequente degradação através da ação da enzima S-nitrosoglutationa redutase (GSNOR). No presente trabalho investigamos a influência da luz sobre o metabolismo de NO em duas etapas de desenvolvimento vegetal caracterizados pela ocorrência de eventos de diferenciação plastidial: (I) o desestiolamento de plântulas e (II) o amadurecimento de frutos carnosos de tomateiro (Solanum lycopersicum). Além do genótipo selvagem Micro-Tom (MT), também foram utilizados os mutantes fotomorfogênicos aurea (au) e high pigment 1 e 2 (hp1 e hp2). Durante o desestiolamento das plântulas de tomateiro constatou-se um incremento progressivo tanto nos teores endógenos quando nas taxas de degradação de NO, bem como na atividade da enzima GSNOR. Sob condições luminosas similares, mutantes com respostas exageradas à luz apresentaram incrementos ainda mais evidentes nesses parâmetros do que aqueles observados no genótipo selvagem. A aplicação de inibidores de S-nitrosilação de proteínas, bem como a avaliação do conteúdo de espécies reativas de oxigênio (ROS) indicaram que tanto a formação de S-nitrosotiois quanto a interação do NO com ROS contribuíram para a determinação da capacidade de remoção de NO nos tecidos fotossinteticamente ativos de tomateiro. Em frutos, observou-se uma correlação positiva entre a atividade da enzima nitrato redutase (NR) e o padrão temporal de produção de NO, uma vez que ambos os parâmetros apresentaram maiores níveis em frutos imaturos. O amadurecimento desses frutos foi acompanhado por uma diminuição transitória dos conteúdos de NO ao passo que as taxas de degradação de NO mantiveram-se bastante reduzidas durante todo o processo de amadurecimento, sugerindo a existência de um estoque de NO na forma de GSNO ou algum outro S-nitrosotiol. A sinalização luminosa influenciou positivamente tanto a produção quanto a degradação de NO em frutos imaturos de tomateiro. Em conjunto, os resultados obtidos permitem concluir que o metabolismo do NO em tomateiro é fortemente controlado pela luz, a qual é capaz de modular conjuntamente as taxas de produção e degradação desse importante composto sinalizador. / In recent years, the gaseous free radical nitric oxide (NO) has emerged as an important signaling molecule in plant photomorphogenic response. NO production and degradation seems to include a wide range of biochemical routes; however, the relative importance of which one of the systems capable of regulating NO availability and toxicity in plant tissues remains elusive. Among all potential NO degradation and conjugation routes in plant tissues, it has been suggested that gluthathione (GSH) plays a key role in NO storage due to the formation of S-nitrosogluthathione (GSNO), being possible its subsequent degradation by the action of enzyme S-nitrosoglutathione reductase (GSNOR). In this work, we have investigated the light influence on NO metabolism during two plant developmental events characterized by the occurrence of plastidial differentiation: (I) seedling de-etiolation and (II) fruit ripening of tomato (Solanum lycopersicum). Besides the wild-type Micro-Tom (MT) genotype, the tomato photomorphogenic mutants aurea (au) and high pigment 1 and 2 (hp1 and hp2) were also employed in this study. During the de-etiolation of tomato seedlings, a progressive increment was observed in the NO endogenous levels and degradation rates as well as in the GSNOR activity. Under similar light conditions, light hypersensitive mutants exhibited more conspicuous increases in these parameters than those detected in the wild-type genotype. Feeding protein S-nitrosylation inhibitors and measurements of reactive oxygen species (ROS) production indicated that both S-nitrosothiols formation and NO interaction with ROS may to contribute for determining the NO removal capacity in photosynthetically active tissues of tomato. In fruits, a positive correlation was observed between nitrate reductase (NR) activity and the temporal pattern of NO production since both parameters exhibited increased levels in immature fruits. The ripening of theses fruits was accompanied by a transitory reduction in endogenous NO levels whereas its degradation rates were maintained reduced all over the ripening process, thereby suggesting the existence of a more stable NO reservoir such as GSNO or some other S-nitrosothiol. In general light signaling positively influenced both NO production and degradation in mature green tomato fruits. Altogether, the data obtained indicated that tomato NO metabolism is significantly influenced by light, which is able to simultaneous modulate both the production and degradation of this important signaling compound.

A maioria das proteínas organelares são codificadas pelo núcleo, sintetizadas no citosol e direcionadas especificamente ao seu destino final. O direcionamento aos diferentes subcompartimentos subcelulares é feito por uma complexa e ampla maquinaria que envolve sequências de direcionamento, proteínas citossólicas e receptores organelares específicos. Entretanto, relativamente pouco se conhece sobre o processo na qual uma proteína recém sintetizada é transportada ao seu destino final. Parte significativa das proteínas destinadas às organelas possui a informação necessária ao seu transporte localizada na extremidade N-terminal. Vários estudos têm buscado caracterizar as etapas que envolvem a localização de uma proteína, desde os estágios iniciais após a sua síntese até os fatores que regulam o seu correto endereçamento. Modificações pós-traducionais, regiões 5-UTR, região C-terminal, transporte por vias alternativas e interações proteína-proteína podem agir na localização subcelular de proteínas. O estudo de redes biomoleculares se tornou um dos focos de estudo da biologia de sistemas e demonstra um enorme potencial na descoberta de diversos processos biológicos, como as interações proteína-proteína. As proteínas que possuem duplo direcionamento (DD) em Arabidopsis thaliana foram analisadas em redes de interação proteína-proteína (PPI) e proteínas que interagem com proteínas de DD foram escolhidas quanto a função e localização para a verificação de um eventual papel dessas proteínas na localização subcelular de outras proteínas. Para tanto, foram realizadas varreduras em ensaios de duplo-híbrido em levedura para os genes de GRF9 (14-3-3) e ATH7 (tiorredoxina tipo h). Os resultados para GRF9 incluem as proteínas peroxidase PRXR1 e dihidrolipoamida acetiltransferase. Já os resultados para ATH7 mostram a interação com glutamina sintetase (AT5G35630.3). A combinação dos estudos in silico com a varredura via duplo-híbrido de levedura abrem novas perspectivas no entendimento do controle da localização subcelular de proteínas. / Most organellar proteins are nuclear encoded, synthesized in the cytosol and then targeted to their destination. Specific subcellular targeting is conducted by a complex machinery for the specific localization of the proteins, which includes targeting sequences, cytosolic proteins and specific organelar receptors. However, little is known about the process that happens from the synthesis of a protein and the transport to its final destination. Most organellar proteins contain the information for their localization in the N-terminal sequence. Many studies have searched to characterize the steps involved in protein targeting, from the early stages after its synthesis to the cytosolic factors regulating its correct localization. Post-translational modifications, 5-UTR regions, the C-terminal extension on the protein, alternative transport pathways and proteinprotein interactions may influence the subcellular location of some proteins. The use of biomolecular netwoks has become one of the main focus of systems biology studies and possess a major potential in the discovery of several biological processes, such as protein-protein interactions (PPI). Dual-targeted (DT) proteins in Arabidopsis thaliana were analyzed through a PPI network, and the proteins displaying interactions with DT proteins were selected by their funtion and location. The selected proteins were analyzed for their eventual role in the subcellular targeting of other proteins. Screenings in yeast two-hibrid assays were performed for the genes GRF9 (14-3-3) and ATH7 (h-type thioredoxin). The results for GRF9 include a peroxidase (PRXR1) and dihydrolipamide acetyltransferase. The results for ATH7 include glutamine synthetase (AT5G35630.3). Combination of in silico analysis with yeast two-hibrid screenings provide new perspectives for understanding the control of subcellular localization.

O complexo FtsH em Arabidopsis, presente nos tilacóides, é formado pelas subunidades FtsH1/FtsH5 (tipo A) e FtsH2/FtsH8 (tipo B). Os tipos A e B apresentam grande identidade em seus domínios maduros, porém nenhuma similaridade é observada na região amino-terminal do peptídeo de trânsito. Em um experimento de importação em cloroplastos isolados, FtsH2 e FtsH5 foram importadas e subsequentemente integradas aos tilacóides através de um mecanismo de processamento em duas etapas que resultou em um domínio lumenal amino-proximal, uma única âncora transmembrânica e um domínio carboxi-proximal estromal. A integração da FtsH2 em tilacóides isolados foi totalmente dependente do gradiente de prótons, enquanto que a integração da FtsH5 foi dependente de NTPs, sugerindo que a inserção na membrana ocorre pelas vias TAT e Sec, respectivamente. Tal observação foi corroborada por experimentos de competição in-organello e inibição por anticorpos específicos. Os domínios amino-proximais até as âncoras transmembrânicas foram suficientes para a correta integração aos tilacóides. A região madura da FtsH2 apresentou incompatibilidade com a maquinaria Sec, como demonstrado pela troca de peptídeos de trânsito. A incompatibilidade não parece ser determinada por qualquer elemento específico da FtsH2, uma vez que nenhum domínio isolado apresentou incompatibilidade com a via Sec de transporte. Tal fato sugere uma incompatibilidade estrutural que requer a FtsH2 intacta. A descoberta que as subunidades FtsH do tipo A e B, que apresentam grande identidade e usam diferentes vias de integração para formar o mesmo complexo multimérico é uma observação nova e interessante para o estudo da biogênese de proteínas de membranas. O mecanismo de regulação que governa a atividade do complexo FtsH em Arabidopsis é ainda desconhecido, entretanto é proposta a existência de fatores adicionais. Dessa forma, a proteína plastidial FtsH de Arabidopsis foi usada como isca em um rastreamento por duplohíbrido de levedura. O rastreamento resultou em 48 colônias que ativaram os genes repórteres histidina e adenina. Entre todos os cDNAs sequenciados, foi encontrado um candidato em potencial denominado FIP (FtsH5 Interacting Protein). Experimentos GST Pull-Down também indicam uma interação entre FtsH5 e FIP. O precursor FIP radioativo foi incubado com cloroplastos de ervilha. Após a incubação, os cloroplastos foram lisados e separados em estroma e tilacóides. FIP permaneceu associada exclusivamente à fração membranosa dos tilacóides. A inserção na membrana foi verificada através da resistência ao tratamento com álcali e o tratamento dos tilacóides com protease resultou em um fragmento protegido, característico de proteínas inseridas na membrana. A construção FtsH5::GFP transformada em Nicotiana tabacum resultou no direcionamento do gene quimérico aos cloroplastos. Dessa forma, assim como FtsH5, FIP é uma proteína plastidial que está localizada na membrana dos tilacóides. Géis nativos utilizando FIP radioativa mostram que ela está associada a um complexo de aproximadamente 450 kDa, que é o tamanho esperado para o complexo tilacoidal FtsH em Arabidopsis. Como as proteínas FtsH apresentam tanto o domínio ATPase quanto protease, acreditamos que FIP pode de alguma forma modular a atividade do complexo FtsH nos tilacóides. / The Arabidopsis thylakoid FtsH protease complex is composed of FtsH1/FtsH5 (type A) and FtsH2/FtsH8 (type B) subunits. Type A and type B subunits display a high degree of sequence identity throughout their mature domains, but no similarity in their amino-terminal targeting peptide regions. In chloroplast import assays, FtsH2 and FtsH5 were imported and subsequently integrated into thylakoids by a two-step processing mechanism that resulted in an amino-proximal lumenal domain, a single transmembrane anchor, and a carboxyl proximal stromal domain. FtsH2 integration into washed thylakoids was entirely dependent on the proton gradient, whereas FtsH5 integration was dependent on NTPs, suggesting their integration by Tat and Sec pathways, respectively. This finding was corroborated by in organello competition and by antibody inhibition experiments. The amino proximal domains through the transmembrane anchors were sufficient for proper integration. The mature FtsH2 protein was found to be incompatible with the Sec machinery as determined with targeting peptide-swapping experiments. Incompatibility does not appear to be determined by any specific element in the FtsH2 domain as no single domain was incompatible with Sec transport. This suggests an incompatible structure that requires the intact FtsH2. That the highly homologous type A and type B subunits of the same multimeric complex use different integration pathways is a striking example of the notion that membrane insertion pathways have evolved to accommodate structural features of their respective substrates. The regulation mechanism which governs the Arabidopsis FtsH complexs activity is still unknown, but it is proposed the presence of additional factors. For this reason, the plastidial Arabidopsis FtsH5 was used as bait in a yeast two hybrid screening. The screening resulted in 48 colonies that activated the histidine and adenine reporter genes. Among all the sequenced cDNAs we have found a potential candidate named FIP (FtsH5 Interacting Protein). GST Pull-Down experiments also indicate an interaction between FtsH5 and FIP. Radiolabeled FIP was incubated with intact isolated chloroplasts. After incubation, intact chloroplasts were lysated and separated into stroma and thylakoids. FIP remained associated exclusively with the thylakoid membrane fraction. The insertion into membrane was verified throughout resistance to alkali treatment and the thylakoid protease treated fraction resulted in a protected fragment, characteristic of membrane-inserted proteins. Agroinfiltrated Nicotiana tabacum leaves with a FtsH5::GFP construct resulted that the chimeric gene was targeted to chloroplasts. Thus, as FtsH5, FIP is a plastidial protein which is located into thylakoid membrane. Blue native gels using radiolabeled FIP protein show that it runs associated with a complex around 450 kDa, which is the expected size for the Arabidopsis FtsH thylakoidal complex. As FtsH proteins present both ATPase and protease domains, we believe that FIP can somehow modulates the activity of the thylakoidal FtsH complex.

O complexo coletor de luz (LHC) do fotossistema II (PSII) é o principal complexo de proteínas associado a pigmentos situado na membrana dos tilacóides de cloroplastos em plantas. O LHCII funciona como uma antena de transferência de energia para a captura e direcionamento da energia luminosa do PSII para o PSI. A ação coordenada dos dois fotossistemas com o direcionamento do fluxo de elétrons gera a quebra da molécula de água, através da membrana do tilacóide, produzindo força assimilatória ATP e NADPH. A energia química produzida na fotossíntese é de suma importância para a assimilação de carbono, biossíntese de aminoácidos e metabólicos secundários. Portanto, este é um importante gene para estudos em biotecnologia. Linhagens transgênicas de tabaco (TR-1 e TR-2) as quais expressam constitutivamente o transgene Lhcb1*2 de ervilha obtidas por Labate e colaboradores (2004) foram utilizadas nesse trabalho. Estas plantas apresentaram diversos efeitos pleiotrópicos relacionados à anatomia, morfologia, bioquímica e fisiologia. Uma proteína pode não atuar isoladamente, mas freqüentemente interagindo com outras proteínas, influenciando diversos processos metabólicos. O perfil de proteômica dessas linhagens transformantes, em relação à planta selvagem (WT) foi investigado. As proteínas totais foram extraídas de folhas de plantas de três meses crescidas em câmaras de crescimento, então separadas por 2D-PAGE. As proteínas diferencialmente expressas foram identificadas por LC-MS/MS. Os resultados mostram que 244 spots apresentaram alterações significativas na expressão nas duas linhagens transgênicas em relação à WT. 122 spots são expressos exclusivamente nas linhagens transformantes, e 24 spots somente na selvagem. Muitas proteínas como ATP synthase e ribulose bisphosphate carboxylase/oxygenase activase foram mais expressas nas linhagens transgênicas, mas a glutamine synthetase, uma importante proteína na reciclagem de nitrogênio nos cloroplastos, teve sua expressão diminuída. Para analisar as alterações na expressãode genes relacionados ao ritmo circadiano entre outros, como a conformação do PSII, cotilédones de plântulas estioladas foram submetidas à luz e amostras coletadas depois de 0, 3, 6, 12 e 24 horas. O nível de transcritos foram analisados por PCR quantitativo. A diferenciação de plastídio à cloroplasto maduro foi analisado por microscopia eletrônica de transmissão, para se entender as diferenças entre os genótipos em estudo no desenvolvimento vegetal. A expressão constitutiva do gene Lhcb1*2 de ervilha em plantas transgênicas de tabaco acarretou a indução e repressão de várias proteínas e genes em distintos passos de vias metabólicas, estabilizando a homeostase celular, exercendo uma influência significativa no desenvolvimento vegetal e produção de biomassa. / The light harvesting complex (LHC) of photosystem II (PSII) is the major ensemble of pigmet-biding proteins situated in the thylakoid membranes of the chloroplast in plants. The LHCbII functions as an energy-transferring antenna for capturing and delivering light energy to the photosystems PSII and PSI. The coordinated actions of the two photosystems in turn drive the flow of electrons, generated by the splitting of water, through the thylakoid membranes to produce the assimilatory force ATP and NADPH. The chemical energy produced by photosynthesis is very important for the assimilation of carbon, amino acids biosynthesis, and secundary metabolism. Therefore it is an important gene for biotechnological studies. Transgenic tobacco lines (TR-1 and TR-2) which express the pea Lhcb1*2 transgene constitutively obtained by Labate et al. (2004) were used in this work. These plants presented pleiotropic effects related to anatomy, morphology, biochemistry and physiology. As a protein may not act by itself, but it is, frequently interacting with other proteins, influencing a lot of metabolic processes. The proteomic profile of these transgenic lines, in relation to the wild type (WT), was investigated. The total proteins extracted from leaves of three-month old plants grown in growth chambers were separated by 2DPAGE. The differentially expressed proteins were identified by LC-MS/MS. The results showed that 225 spots displayed significant changes in the expression of the two transgenic lines in relation to the WT. 122 spots were exclusively expressed in the transgenic lines, and 24 only in the wild type. Many proteins as ATP synthase and ribulose bisphosphate carboxylase/oxygenase activase are overexpressed in the transgenic lines, but the glutamine synthetase, an important protein tor nitrogen recycling in the chloroplasts, showed a reducted level of expression. In order to analyse the alterations of the expression of genes related to the circadian rhythm among others, involved in the conformation of the PSII, cotyledons from etiolated seedlings were thenexposed to light and samples collected after 0, 3, 6, 12 and 24 hours. The level of transcripts were analysed by RT/RT-PCR. The PSII conformation were analysed by transmition electron microscopy, with the aim of verifying the evolution of plastids into the chloroplasts which could be leading to changes in plant development. The overexpression of the pea Lhcb1*2 gene in transgenic tobacco plants, lead to the induction and suppression of several proteins and genes in key metabolic pathways, as a way to establish a cellular homeostasis, exerting a significant influence on plant development and biomass production.