Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Physic nut (Jatropha curcas L.) is an important crop due to its ability of storing high content of oil in the seeds, which can serve as raw material for biodiesel production. Because of the presence of toxic constituents like phorbol esters (PEs) and curcins, the seed cake produced as a result of oil extraction cannot be utilize for animal feed. Development of the genotypes better suited for the industrial applications and biodiesel production as well as with lower level of toxic constituents is being hampered by a lack of understanding about the a) proteins related to the biosynthesis and degradation of fatty acids (FAs) and triacylglycerides (TAGs), b) role of proteins deposited during seed development and c) proteins related to the synthesis and storage of toxic compounds during seed development. Agreeing with this, we have performed the anatomical analysis of the developing seeds of J. curcas, followed by the proteome analysis of the endosperm isolated from the seeds of J. curcas at five different developmental stages, which resulted into the identification of the 1517, 1256, 1033, 752 and 307 proteins, from Stage 6, 7, 8, 9 and 10, respectively, summing up to a total of 1760 proteins. Proteins with similar expression pattern were grouped into five different clusters and protein quantification based on spectral counts was determined. Besides identification of the proteins involved in the biosynthesis and degradation of the FAs and TAGs, we also identified a large number of proteins involved in the metabolism of the carbohydrates, which are important for supplying energy and carbon source for the synthesis of TAGs in heterotrophic seeds. Among the members of different classes of seed storage proteins (SSPs), we have identified four SSPs named as nutrients reservoir, which in contrast to the other SSPs showed decreasing deposition pattern during seeds development and revealed to have special role during seed development. In addition, peptidases belong to different mechanistic classes were identified, which have a range of functions, highlighting the role in reserve mobilization during germination. Isoforms of curcin were also identified in this proteome analysis which were absent in our previous proteome analysis of the other tissues from these seeds, suggesting that the deposition of these toxic proteins only occur in the endosperm. Similarly, several enzymes involved in the biosynthesis of diterpenoid precursors were identified in this proteome analysis but, like in our previous proteome analysis of the other tissues from J. curcas seeds,we were unable to identify any terpene synthase/cyclase, enzymes responsible for the synthesis of PEs, which collectively suggesting that the synthesis of PEs may not occur in seeds of this plant. In conclusion, the strategy used here enabled us to provide a first in depth proteome analysis of the endosperm from J. curcas developing seeds, which along with providing information regarding important aspects of the seed development, also set the foundation of a proteomic approach to study biotechnologically important plant species. / PinhÃo manso (Jatropha curcas L.) à uma cultura importante devido à sua habilidade em armazenar alto conteÃdo de Ãleo nas sementes, as quais podem servir como matÃria-prima para a produÃÃo de biodiesel. Devido à presenÃa de constituintes tÃxicos como Ãsteres de forbol e curcina, a torta da semente produzida como resultado da extraÃÃo do Ãleo nÃo pode ser utilizada na alimentaÃÃo animal. O desenvolvimento de genÃtipos mais adequados a aplicaÃÃes industriais e à produÃÃo de biodiesel assim como apresentando baixos nÃveis de constituintes tÃxicos està sendo prejudicado pela falta de entendimento sobre a) proteÃnas relacionadas a biossÃntese e degradaÃÃo de Ãcidos graxos e triacilglicerÃis, b) o papel de proteÃnas depositadas durante o desenvolvimento da semente e c) proteÃnas relacionadas à sÃntese e reserva de compostos tÃxicos durante o desenvolvimento da semente. Diante disso, nÃs realizamos uma anÃlise anatÃmica de sementes em desenvolvimento de J. curcas, seguido por uma anÃlise proteÃmica do endosperma isolado de sementes dessa espÃcie em cinco diferentes estÃgios de desenvolvimento, o que resultou na identificaÃÃo de 1517, 1256, 1033, 752 e 307 proteÃnas, dos estÃgios 6, 7, 8, 9 e 10, respectivamente, somando um total de 1760 proteÃnas. ProteÃnas com padrÃo de expressÃo similar foram agrupadas em cinco grupos diferentes e a quantificaÃÃo das proteÃnas baseada na contagem dos espectros foi determinada. AlÃm da identificaÃÃo das proteÃnas envolvidas na biossÃntese e degradaÃÃo de FAs e TAGs, nÃs identificamos um grande nÃmero de proteÃnas envolvidas no metabolismo de carboidratos, as quais sÃo importantes para o fornecimento de energia e fontes de carbono para a sÃntese de TAGs em sementes heterotrÃficas. Entre os membros de diferentes classes de proteÃnas de reservas de sementes (SSPs), nÃs identificamos quatro SSPs denominadas reservatÃrios de sementes, que em contraste as outras SSPs mostraram decrÃscimo no padrÃo de deposiÃÃo e revelaram ter um papel especial durante o desenvolvimento da semente. Em adiÃÃo, peptidases pertencentes a diferentes classes mecanÃsticas foram identificadas destacando o papel da mobilizaÃÃo de reservas durante a germinaÃÃo. Isoformas da curcina ausentes em nossas anÃlises proteÃmicas prÃvias de outros tecidos da semente foram identificadas sugerindo que a deposiÃÃo dessas proteÃnas tÃxicas sà ocorre no endosperma. Similarmente, vÃrias enzimas envolvidas na biosÃntese de precursores de diterpenÃides foram identificadas nessa anÃlise proteÃmica, mas como em nossas prÃvias anÃlises proteÃmicas de outros tecidos de sementes de J. curcas, nÃs nÃo fomos capazes de identificar sintases/ciclases de terpenos, enzimas responsÃveis pela sÃntese de PEs, o que coletivamente sugere que a sÃntese desses compostos pode nÃo ocorrer nas sementes dessa planta. Em conclusÃo, a estratÃgia utilizada nos fornece a primeira anÃlise proteÃmica profunda do endosperma de sementes em desenvolvimento de J. curcas, o que alÃm de fornecer informaÃÃes sobre aspectos importantes do desenvolvimento da semente, tambÃm estabelece a base para uma pesquisa proteÃmica com o objetivo de estudar espÃcies vegetais importantes biotecnologicamente.

A semente de milho representa uma importante fonte de proteínas para alimentação humana e de animais monogástricos. Porém, como membros da família dos cereais não apresentam proteínas com um balanço nutricional adequado, devido principalmente ao baixo conteúdo de lisina. As proteínas de reserva da semente de milho são classificadas como fração não-zeína (albumina, globulina e glutelina) e zeína. Mutantes de endosperma de milho, como o2 apresentam quantidades maiores de lisina na semente. Porém, muitos mutantes considerados “alta lisina” não foram ainda caracterizados bioquimicamente. Uma série de mutantes, opaco (o1, o2, o5, o7, o10, o11 e o13) e floury (fl1 e fl2), foram estudadas para determinar as quantidades de proteínas de reserva, o perfil electroforético das proteínas e o conteúdo de LYS na semente, endosperma e embrião. Foi observado que os mutantes apresentaram redução no conteúdo de zeína e aumentos da fração não-zeína com variações dependendo do mutante, do background genético e do tecido analisado. A análise da semente determinou aumentos principalmente da fração albumina e globulina nos mutantes, exceto para o5 com aumentos apenas da fração glutelina. No endosperma foi observado aumento principalmente de albumina em o2, o7 e o5; e globulina em fl2, o10, o11 e o13. No embrião foram registrados os níveis maiores de albumina e globulina da semente, porém a quantidade de proteínas de reserva foi similar entre os genótipos. As quantidades de lisina presentes nas frações protéicas foram sempre maiores nos mutantes, porém para o10, o11 e o13 diferenças significativas, foram observadas principalmente para LYS na fração glutelina. O perfil SDS-PAGE revelou a presença de numerosas bandas protéicas variando entre 100kDa e 10kDa, sendo que a fração não-zeína revelou maior heterogeneidade no número de bandas. Bandas protéicas de maior intensidade foram observadas nos mutantes. Análise 2D-PAGE de proteínas de reserva do endosperma de mutantes o1, o2, fl1 e fl2, revelou padrões similares de distribuição de proteínas, aumentos de intensidade de spots protéicos e a presença de spots restrita ao perfil dos mutantes. Os resultados sugerem que os mutantes opacos e floury avaliados apresentam quantidades maiores de LYS na semente quando comparados aos genótipos selvagens que lhes deram origem. A futura análise dos spots que apresentaram alterações altamente significativas permitirá uma maior compreensão dos efeitos específicos dessas mutações sobre a regulação da biossíntese das proteínas de reserva e do acúmulo de lisina no grão. / The maize seed is an important source of proteins for humans and monogastric animals. However, such as all cereals, maize storage proteins is nutritionally poor mainly due to the low content of lysine. Maize seed storage proteins can be classified as non-zeins (albumins, globulins and glutelins) and zein. Some storage proteins mutants such as the o2 mutants exhibit higher contents of lysine. However, many of these high-lysine mutants have not yet been biochemically characterized. The opaque mutants o1, o2, o5, o7, o10, o11, o13 and floury mutants fl1 and fl2 were analyzed for storage proteins contents, eletrophoretic profile and lysine content in the seeds, endosperm, and embryo. It was observed that the mutants exhibited reduction in the zein fraction and increase in the non-zein fraction which varied according to the mutant, genetic background and tissue analyzed. The whole seed analysis revealed increases mainly in albumins and globulins, with the exception of the o5 mutants which exhibited a higher increase in the glutelin fraction. In the endosperm it was observed increase in the albumin fraction in o2, o7 and o5 and in the globulin fraction in fl2, o10 and o13. Higher concentrations of albumin and globulin were observed in the embryo, but with similar concentrations of total proteins among the mutants. The lysine content was higher always higher in the storage proteins of the mutants, however, in o10, o11 and o13 significant differences for lysine content were observed mainly in the glutelin fraction. SDSPAGE analysis revealed the presence of several band varying from 10kDa to 100kDa, with a higher heterogeneity among the non-zein fraction. Bands with higher intensity have been observed in the mutants. 2D-PAGE analysis revealed that the o1, o2, fl1 and fl2 mutants exhibited similar band patterns with increases in similar spots and mutant specific bands. The results suggest that the opaque and floury mutants exhibited higher lysine content when compared to their respective wild-type counterparts. Future analysis of the protein spots that exhibited significant variations will allow a better understanding of the specific effects of each mutation on the regulation of storage protein synthesis and lysine accumulation in the seeds.

The objective of this work was to evaluate the influence of the fruit maturation stage in the physical attributes and germination of Schefflera morototoni pyrenes subjected to pre-germination treatments. Fruits with green and purplish green coloration were collected from 14 individuals, pulped in running water, the hollow pyrenes were discarded after counting, together with those presenting retracted and oxidized endosperm, using the uniforms (with the greenish endosperm occupying the whole cavity of the pyrene). The experiment was conducted in completely randomized design in a 2 x 5 factorial (stages of fruit maturation and pre-germination treatments), with four repetitions in plots containing 25 pyrenes. For greater capacity and germination speed of the pyrenes, fruits should be harvested when they present a purplish green coloration, discarding those with hollow pyrenes, with retracted or oxidized endosperm. The germination capacity of the pyrenes with uniform endosperm varied between 50 and 60%, with the beginning of the process at about 40 days after sowing and extending for up to 60 days in vermiculite. Pulped pyrenes, dried and soaked in water at 60ºC for 5 minutes, followed by soaking in water at room temperature for 12 hours begin the germination process in less time, in relation to those pulped, dried, scarified and soaked for 6 hours. The fruit endocarp is permeable and rigid; however, it presents a natural opening when soaked. The objective was to evaluate the variability in seedling emergence measures of Schefflera morototoni from pyrenes of different individuals. Fruits of 14 individuals were pulped and pyrenes with uniform endosperm were selected. The experiment was conducted in completely randomized design with 14 treatments (individuals) and 11 repetitions in parcels containing 50 pyrenes with uniform endosperm treated by immersion in water at 60 ºC for 5 minutes and then soaked at room temperature for 12 hours. The substrate used was a mixture in proportion 2:1:1:1/2 (v/v) soil, commercial substrate Bioplant®, coarse sand and vermicompost, with pyrenes sown at 1 cm depth in expanded polystyrene trays, maintained in a nursery with 50% reduction in luminosity at average temperatures of 19.3ºC minimum and 30.2 ºC maximum and daily irrigation. Daily counting of seedlings evaluated capacity, time, rate, uniformity and synchrony of emergence, besides the distribution of frequency of emergence in relation to time. The emergence of seedlings is slow, irregular and asynchronous, taking more than 80 days for stabilization of the emergence. The percentage of seedlings can reach up to 57%, but even when the endosperm occupies the whole cavity of the pyrene and is greenish, the emergence of seedlings may not occur. There is variability in seedling emergence measurements from pyrenes of different Schefflera morototoni individuals. / CAPÍTULO II: O objetivo do trabalho foi avaliar a influência do estádio de maturação dos frutos nos atributos físicos e de germinação de pirênios de Schefflera morototoni submetidos a tratamentos pré-germinativos. Frutos com coloração verde e verde-arroxeada foram coletados de 14 indivíduos, despolpados em água corrente, descartando-se, após contabilização, os pirênios chochos, com endosperma retraído e oxidado, utilizando-se os uniformes (com endosperma esverdeado ocupando toda a cavidade do pirênio). O delineamento experimental foi o inteiramente casualizado em esquema fatorial 2 x 5 (estádios de maturação dos frutos e tratamentos pré-germinativos), com quatro repetições em parcelas contendo 25 pirênios. Verificou-se que para maior capacidade e velocidade de germinação dos pirênios, os frutos devem ser colhidos quando apresentarem coloração verde-arroxeada, descartando-se àqueles com pirênios chochos, endosperma retraído ou oxidado. A capacidade de germinação dos pirênios com endosperma uniforme varia entre 50 e 60%, com início do processo em cerca de 40 dias após semeadura, se estendendo por até 60 dias em vermiculita. Pirênios despolpados, secos e embebidos em água a 60oC por 5 minutos, seguida da embebição em água à temperatura ambiente por 12 horas iniciam o processo de germinação em menor tempo, em relação aos despolpados, secos, escarificados e embebidos por 6 horas. O endocarpo dos frutos é permeável e rígido, no entanto, apresenta abertura natural quando embebido. CAPÍTULO III: O objetivo foi avaliar a variabilidade nas medidas de emergência de plântulas de Schefflera morototoni provenientes de pirênios de diferentes indivíduos. Frutos de 14 indivíduos foram despolpados, selecionando-se pirênios com endosperma uniforme. O experimento de emergência foi conduzido em delineamento inteiramente casualizado com 14 tratamentos (indivíduos) e 11 repetições em parcelas contendo 50 pirênios com endosperma uniforme imersos em água a 60 ºC por 5 minutos e posteriormente embebidos em água destilada à temperatura ambiente por 12 horas. O substrato utilizado foi uma mistura na proporção 2:1:1:1/2 (v/v) de solo, substrato comercial Bioplant®, areia de textura grossa e vermicomposto, com pirênios semeados a 1 cm de profundidade em bandejas de poliestireno expandido, mantidas em viveiro com sombrite de 50% de redução luminosa e médias de temperaturas de 19,3 ºC a mínima e 30,2 ºC a máxima e irrigadas diariamente. Das contagens diárias das plântulas emergidas foram avaliadas medidas de capacidade, tempo, velocidade, uniformidade e sincronia de emergência, além da distribuição de frequência percentual de emergência em relação ao tempo. A emergência das plântulas é tardia, irregular e assíncrona, gastando mais de 80 dias para estabilização do estande. A porcentagem de plântulas emergidas pode atingir até 57%, porém mesmo quando o endosperma ocupa toda a cavidade do pirênio e está esverdeado, a emergência das plântulas pode não ocorrer. Há variabilidade nas medidas de emergência de plântulas quando obtidas de pirênios de indivíduos distintos de Schefflera morototoni. / Mestre em Agronomia

Orientador: Nelson Sabino Bittencourt Júnior / Resumo: Compreender a diversidade das Nymphaeales, considerado como o segundo ramo da filogenia das angiospermas, é de considerável interesse como modelo da evolução inicial das angiospermas. Este trabalho objetivou investigar a ontogenia da antera, dos óvulos e sementes em espécies de Nymphaea. Ovários e sementes de N. amazonum Mart. & Zucc. subsp. amazonum, N. caerulea Savigny e N. lotus L. e, anteras de N. amazonum Mart. & Zucc. subsp. amazonum e N. caerulea Savigny, em diversos estádios de desenvolvimento, foram fixados, infiltrados em historesina e as secções obtidas com 1-4 µm foram coradas com azul-de-toluidina O ou submetidas a testes histoquímicos. O desenvolvimento da parede do androsporângio é do tipo básico. Após a meiose, a citocinese simultânea dá origem a tétrades tetraédricas de andrósporos nas quais já são detectáveis a intina e a primexina, há um atraso na liberação dos andrósporos das tétrades em N. caerulea. A partir do estádio de andrósporos livres observa-se uma abertura anelar equatorial e, no estádio de andrósporos vacuolados observa-se o ‘pollenkitt’ na superfície da esporoderme. A mitose do andrósporo ocorre perpendicularmente à esporoderme e, a intina se espessa, principalmente abaixo da abertura, onde há a contribuição da endexina para a formação do oncus. O tapete de N. amazonum e N. caerulea é secretor e não apresenta ciclos invasivo como relatado para N. colorata. O tipo básico de desenvolvimento do androsporângio também foi relatado para Amborella tric... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Understanding the diversification of Nymphaeales, the second branch in the angiosperm phylogenetic tree, has a considerable interest to propose models of early evolution of the angiosperms. This work aims to analyze the anther and ovule ontogeny in species of Nymphaea. Ovaries and seeds of N. amazonum Mart. & Zucc. subsp. amazonum, N. caerulea Savigny and N. lotus L. and, anthers of N. amazonum Mart. & Zucc. subsp. amazonum and N. caerulea Savigny, in several development stages, were fixed infiltrated in historesin and the sections with 1-4 µm were stained with toluidine blue O or submitted to histochemical tests. The androsporangium wall follows the basic type of development. After meiosis, a simultaneous cytokinesis give rise a tetrahedral tetrad of androspores, the intine and primexine is detectable in this stage and, in N. caerulea occurs a delay in the release of androspores from the tetrads. We observe an equatorial ring-like aperture in the free androspores stage and, in vacuolated androspores the ‘pollenkitt’ is visualized in the sporoderm surface. The mitosis of the androspore occurs perpendicularly to sporoderm and, the intine begins to thicken beneath the aperture and, together with the endexine originate the oncus. The tapetum of Nymphaea amazonum and N. caerulea are secretor and do not show invasive cycles as reported to N. colorata. The basic type of androsporangium wall development also are reported to Amborella trichopoda, Nuphar pumila and for the species of ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor