As reações luminosas da fotossíntese em plantas envolvem quatro complexos proteicos multi-unidades na membrana dos tilacóides incluindo o fotossistema II (PSII), o complexo citocromo b6f, o fotossistema I (PSI) e o complexo ATP sintase. Uma atividade apropriada desse processo exige um mecanismo de controle de qualidade mediado por chaperonas, DnaJs e proteases, como o complexo FtsH. Esse conjunto de proteínas garantem um dobramento correto de proteínas, as montagens devidas dos complexos e a degradação de algumas subunidades danificadas quando necessário. Neste trabalho nós mostramos o envolvimento de FIP, uma proteína com um domínio dedo-de-zinco localizada nos tilacóides de cloroplastos de A. thaliana, no mecanismo de resposta à estresses abióticos. Plantas mutantes fip foram, fenotipicamente, mais tolerantes à estresses abióticos de alta luminosidade, elevado potencial osmótico e excesso de sal. Também mostramos que a expressão de FIP é diminuída em resposta às diferentes condições de estresse, assim como o acúmulo de transcritos de genes relacionados à estresse foi menor nas plantas mutantes fip. Análises por immunoblot mostraram que os mutantes fip acumulam menos proteínas PsaA e PsaB do fotossistema I e plastocianina (PC) do que as plantas selvagens, no entanto não são afetados quanto ao acúmulo de proteínas do fotossistema II e do Complexo do Citocromo b6f sob condições controle. Esses mutantes também acumulam menos FtsH5 nos tilacóides, sem afetar a eficiência dos fotossistemas I e II. Foi testado também o potencial redutase do domínio dedo-de-zinco da proteína recombinante FIP (6xHis-FIP) em ensaios in vitro de redução de insulina. Vimos que FIP apresenta atividade redutase, significantemente, maior que o controle negativo nas condições testadas. Considerando todos os resultados obtidos até o momento, acreditamos que FIP possa estar agindo como uma redutase na membrana dos tilacóides, tendo como alvos não somente FtsH5, mas também outras proteínas com resíduos de cisteína nas suas estruturas, e que sua atividade tem influência no acúmulo de proteínas dependentes de redução para a maturação como PsaA, PsaB e PC. Uma investigação mais aprofundada da atividade de FIP nos cloroplastos ainda é necessária para o completo entendimento da sua função. / The light-driven photosynthetic reactions in plants take place within four multi- subunit protein complexes in the thylakoid membranes, including photosystem II (PSII), the cytochrome b6f complex, photosystem I (PSI) and the ATP synthase complex. Regulation of all these molecular machineries requires a fine-tuning control mechanism mediated by specific proteins, including chaperones, DnaJs, and proteases, such as the FtsH complex. These set of proteins guarantee the proper folding, assembly and degradation of the photosynthetic complexes\' subunits. In this work we showed the involvement of FIP, a zinc-finger protein localized in the thylakoid membranes in A. thaliana, in the abiotic stress response mechanism. Mutants fip knockdown plants were phenotypically more tolerant to abiotic stresses like high light, increased osmotic potential and salt excess. We also showed that FIP is down-regulated by different abiotic stresses, with lower levels of stress-related gene transcripts accumulation in mutant fip plants. Analysis of accumulation of photosynthetic proteins by immunoblot under control conditions showed that mutants fip displayed lower levels of PsaA, PsaB (PSI) and Plastocyanin (PC) proteins than wild-type plants, however are not affected for PSII and Cyt b6f proteins accumulation under the same growth conditions. In addition, the mutants accumulated slightly less FtsH5 proteins in thylakoid membranes, without affecting PSII and PSI efficiency. We tested the putative reductase activity probably mediated by FIP zinc-finger domain, using the recombinant form of the protein 6xHis-FIP in in vitro insulin reduction assays. FIP presented a reductase activity higher than the negative control under the same assay conditions. Taking all together, these results suggest that FIP may be acting as a reductase in the thylakoid membranes, having as targets not only FtsH5 but other targets with available cysteine residues, depending on the reduction step for proper accumulation such as PsaA, PsaB and PC. Further investigations regarding the role of FIP in chloroplasts are still necessary to completely understand its function.

O crescente aumento da contaminação do solo por metais pesados, em especial o cádmio (Cd), associado à importância dos cereais, sendo estes nos países subdesenvolvidos e alguns em desenvolvimento a maior fonte protéica, são aspectos importantes que originaram a ideia deste estudo que procura analisar o metabolismo do aminoácido essencial lisina em milho (Zea mays), submetido à contaminação por Cd. Foram realizados vários ensaios a fim de se avaliar a atividade das principais enzimas do sistema antioxidante, a quantidade de aminoácidos solúveis totais e a atividade das enzimas da via do anabolismo e catabolismo da lisina. Os resultados foram apresentados na forma de dois capítulos. O capítulo 1 apresenta a caracterização bioquímica das plantas de milho (linhagem 161) submetidas ao estresse pelo Cd analisando-se a quantificação do metal nos diferentes tecidos vegetais, análise das principais enzimas do sistema antioxidante, quantificação de proteínas de reserva e aminoácidos solúveis totais, além da análise das principais enzimas da via da lisina. Os resultados da caracterização bioquímica mostraram que estes parâmetros avaliados não diferiram significativamente entre as plantas contaminadas e as do controle. No capítulo 2 foi realizada a análise das principais enzimas da via da lisina em um outro genótipo de milho, sendo uma variedade comercial (AL Avaré). De maneira geral, os resultados mostraram que o Cd induziu leves alterações nas atividades de algumas enzimas da via da lisina. Além disso, foram observadas diferenças entre os dois genótipos, tanto nas atividades específicas de enzimas como na quantificação de aminoácidos livres. Além dos dois capítulos, foram incluídos dois estudos complementares, que trouxeram análises adicionais ao estudo principal. O estudo complementar 1, apresenta os resultados de um estudo com plântulas de milho, de diferentes genótipos, sendo um com maiores teores de lisina (opaco2) e os outros para alta eficiência no uso de nitrogênio (EUN) e para baixa EUN. Tanto os resultados da peroxidação lipídica, quanto a quantidade de aminoácidos solúveis totais apresentaram diferenças entre os genótipos e doses de Cd utilizadas. O estudo complementar 2 apresenta alguns dados de enzimas antioxidantes, em PAGE não-desnaturante, de coleóptilos e radículas de embriões imaturos (sem a presença de endosperma) e germinados na presença de Cd. Estes dados mostraram uma nítida resposta antioxidante. Além disso, foram analisadas algumas células provenientes de radículas de sementes de milho germinada na presença de Cd, a fim de se avaliar os danos do metal sobre o DNA. Em resumo, os resultados obtidos neste estudo nos ajudaram a entender um pouco mais sobre o efeito do Cd nos processos fisiológicos e bioquímicos das plantas analisadas. Entretanto, estes dados podem ser considerados o ponto de partida para estudos mais detalhados. / The increase of soil contamination by heavy metals, especially cadmium (Cd), associated with the importance of cereals, which are the major source of protein in the underdeveloped and some developing countries, are important aspects that gave rise to the idea for this study which tries to analyze the metabolism of the essential amino acid lysine in maize (Zea mays), submitted to the contamination by Cd. Several tests were carried out to evaluate the activity of the main enzymes of the antioxidant system, the amount of total soluble amino acids and the activity of enzymes of lysine metabolism. The results were presented two chapters. Chapter 1 reports the biochemical characterization of the maize plants (a line with higher levels of lysine, L161) submitted to stress by Cd analyzing the metal quantification in different plant tissues, analysis of the main enzymes of the antioxidant system, quantification of reserve proteins and total soluble amino acids, in addition to the analysis of the main enzymes of lysine pathway The results showed that these parameters did not differ significantly between contaminated plants and those of the control. In Chapter 2 the main enzymes of lysine metabolism were analyzed in a commercial variety of maize (AL Avaré). Overall, the results showed that Cd induced slight changes in the activities of some enzymes of lysine pathway. In addition, differences were observed between the two genotypes, both in the specific activities of enzymes and on quantification of soluble amino acids. In addition to the two chapters, two complementary studies were included, which provided additional analyzes to the main study. Complementary study 1 presents the results of a study with maize seedlings of different genotypes, one with higher lysine (opaque2) and others for high efficiency in nitrogen use (EUN) and low EUN. Lipid peroxidation results and the amount of total soluble amino acids showed differences between the genotypes and the Cd concentrations used. Complementary study 2 presents some non-denaturing antioxidant enzyme data from coleoptiles and immature embryo rootlets (without the presence of endosperm) and germinated in the presence of Cd. These data showed a clear antioxidant response. In addition, some cells from germinated maize seedlings were analyzed in presence of Cd in order to evaluate the damage of the metal on the DNA. In summary, the results obtained in this study helped us to understand a little more about the effect of Cd on the physiological and biochemical processes of the plants analyzed. However, these data can be considered the starting point for more detailed studies.

A vegetação ao longo do rio Amazonas é submetida a dois períodos muito bem marcados ao longo do ano: estação de cheia e estação seca. Características morfológicas e fisiológicas das espécies de várzea foram amplamente descritas, porém, uma das principais características é o metabolismo de carboidratos que tem sido muito pouco explorada. Com o objetivo de estudar a resiliência dos carboidratos não estruturais da árvore amazônica Senna reticulata (Leguminosae), a mesma foi cultivada sob diferentes estresses abióticos, como luz baixa combinada com elevada concentração de CO2 atmosférico, bem como disponibilidade hídricas distintas (alagamento das raízes e seca). Os resultados encontrados reforçam o papel do amido nas folhas como principal órgão armazenador desta espécie e também a alta resiliência desta reserva, que foi mantida mesmo em condições de baixa irradiância, em alagamento e em condições de seca. Estes resultados também destacam a forte ligação entre as reservas de amido e a manutenção do crescimento. Além disso, esta espécie mostrou estratégias ecofisiológicas distintas em relação a diferentes estresses hídricos (alagamento x seca) e uma alta capacidade de se recuperar depois de um período de seca, padrão este que pode estar diretamente relacionado à manutenção do crescimento durante o estabelecimento de plantas jovens no primeiro período de fase terrestre / The vegetation along the Amazon River is subjected to two markedly periods: flooded and drought seasons. Morphological and physiological traits for floodplain species have been largely described; however, one of the main features is the carbohydrate metabolism, which has been poorly explored. In order to study the resilience of non-structural carbohydrates of the Amazonian tree Senna reticulate (Leguminosae), this species was grown under different abiotic stresses such as low light combined with elevated CO2 and distinct water availabilities (waterlogging and drought). Results reinforce the role of starch in leaves as a main storage organ of this species and also the high resilience of this reserve under low light, waterlogging and drought conditions. These findings also highlight the tight connection between starch reserves and growth maintenance. Additionally, this species has shown very distinct eco physiological strategies to cope with different water availabilities and a high ability to recover after drought that might be strictly related to growth maintenance during seedling establishment in the first period of terrestrial phase

A produção de tomate (Solanum lycopersicum L.) no estado de São Paulo é de grande importância para a produção brasileira, pois representa 21,5 % da produção total e é o principal estado produtor de tomate de mesa. O tomate de mesa é cultivado por tutoramento das plantas e o cultivo em casas de vegetação é uma prática crescente no Brasil, trazendo muitas vantagens a produção, como proteção às chuvas e pragas. Porém em muitos casos, dependendo da estrutura utilizada, pode ocorrer aumento da temperatura interna das casas de vegetação. O tomateiro é uma planta sensível as altas temperaturas, e alterações dos níveis ótimos podem causar danos no metabolismo e consequentemente na produtividade da cultura. Altas temperaturas no cultivo de tomate são prejudiciais ao seu desenvolvimento, pois alteram a homeostase celular e desregulam funções vitais das plantas, como fotossíntese, gerando em excesso espécies reativas de oxigênio (EROs) como os radicais superóxidos, peróxido de hidrogênio e radicais hidroxilas, que são tóxicos às plantas e causam estresse oxidativo, levando até a sua morte. Plantas estressadas acumulam solutos osmoprotetores, entre eles a L-prolina, que auxiliam na proteção das estruturas celulares, na eliminação das EROs e também ativam o metabolismo antioxidante das plantas. Além da acumulação endógena de L-prolina, a aplicação exógena desse aminoácido pode trazer vantagens ao alívio do estresse térmico. Esse estudo teve por objetivo avaliar a eficiência da L-prolina nas doses de 0, 50, 100, 200, 400, 800 e 1600 mg/L na nutrição foliar, parâmetros fotossintéticos, enzimas do sistema antioxidante, malonaldeído e peróxido de hidrogênio, produtividade e características pós colheita dos frutos. Os dados climáticos durante o cultivo do tomateiro evidenciaram a ocorrência de temperaturas elevadas durante o ciclo de produção. Assim, foi possível observar que a aplicação exógena de L-prolina nas doses de 50 e 100 mg/L aumentaram a eficiência do uso da água, diminuíram o conteúdo de malonaldeído e aumentaram a produtividade comercial e total de frutos por planta. O uso de 50 mg/L desse aminoácido também proporcionou aumento do número de frutos comerciais por planta. A aplicação de L-prolina, independente da dose, proporcionou diminuição no conteúdo de peróxido de hidrogênio e elevou a atividade das enzimas do sistema antioxidante, além de melhorar a qualidade do fruto, diminuindo a acidez e aumentando a relação SST/ATT. Dessa maneira, constatou-se o efeito positivo do uso exógeno da L-prolina no alívio dos danos causados por altas temperaturas, principalmente em plantas tratadas com 50 e 100 mg/L. / The production of tomato (Solanum lycopersicum L.) in the state of São Paulo is of great importance for the Brazilian production, it represents 21.5% of total production and is the main state table tomato producer. The fresh tomato is grown by staking of plants and cultivation in greenhouses is a growing practice in Brazil, bringing many benefits to production, as protection of rain and pests. However, in many cases, depending on the structure used, there may be an increase in the internal temperature of the greenhouse. The tomato is a plant sensitive to high temperatures, and changes in optimal levels can cause damage to metabolism and consequently crop productivity. High temperatures in tomato cultivation are detrimental to their development, as they alter cellular homeostasis and deregulate vital plant functions, such as photosynthesis, generating in excess reactive oxygen species (ROS) such as superoxide radicals, hydrogen peroxide and hydroxyl radicals, which are toxic to plants and cause oxidative stress, leading to their death. Stressed plants accumulate osmoprotective solutes, including proline, which help protect cell structures, eliminate ROS and also activate plant antioxidant metabolism. In addition to the accumulation of endogenous proline, exogenous application of this amino acid can bring advantages to the relief of heat stress. The objective of this study was to evaluate the efficiency of L-proline at doses of 0, 50, 100, 200, 400, 800 and 1600 mg / L by foliar spray, in photosynthetic parameters, antioxidant system enzymes, malonaldehyde and hydrogen peroxide, productivity and post-harvest characteristics of fruits. The climatic data during tomato cultivation evidenced the occurrence of high temperatures during the production cycle. Thus, it was possible to observe that the exogenous application of L-proline at doses of 50 and 100 mg / L increased the efficiency of water use, decreased malonaldehyde content and increased commercial and total fruit yield per plant. The use of 50 mg / L of this amino acid also provided an increase in the number of commercial fruits per plant. The application of L-proline, regardless of the dose, resulted in a decrease in the hydrogen peroxide content and increased the activity of the antioxidant system enzymes, besides improving fruit quality, decreasing the acidity and increasing the SST/ATT ratio. Thus, there was the positive effect of the exogenous use of L-proline in alleviating the damage caused by high temperatures, especially in plants treated with 50 and 100 mg / L.

A produção de tomate (Solanum lycopersicum L.) no estado de São Paulo é de grande importância para a produção brasileira, pois representa 21,5 % da produção total e é o principal estado produtor de tomate de mesa. O tomate de mesa é cultivado por tutoramento das plantas e o cultivo em casas de vegetação é uma prática crescente no Brasil, trazendo muitas vantagens a produção, como proteção às chuvas e pragas. Porém em muitos casos, dependendo da estrutura utilizada, pode ocorrer aumento da temperatura interna das casas de vegetação. O tomateiro é uma planta sensível as altas temperaturas, e alterações dos níveis ótimos podem causar danos no metabolismo e consequentemente na produtividade da cultura. Altas temperaturas no cultivo de tomate são prejudiciais ao seu desenvolvimento, pois alteram a homeostase celular e desregulam funções vitais das plantas, como fotossíntese, gerando em excesso espécies reativas de oxigênio (EROs) como os radicais superóxidos, peróxido de hidrogênio e radicais hidroxilas, que são tóxicos às plantas e causam estresse oxidativo, levando até a sua morte. Plantas estressadas acumulam solutos osmoprotetores, entre eles a L-prolina, que auxiliam na proteção das estruturas celulares, na eliminação das EROs e também ativam o metabolismo antioxidante das plantas. Além da acumulação endógena de L-prolina, a aplicação exógena desse aminoácido pode trazer vantagens ao alívio do estresse térmico. Esse estudo teve por objetivo avaliar a eficiência da L-prolina nas doses de 0, 50, 100, 200, 400, 800 e 1600 mg/L na nutrição foliar, parâmetros fotossintéticos, enzimas do sistema antioxidante, malonaldeído e peróxido de hidrogênio, produtividade e características pós colheita dos frutos. Os dados climáticos durante o cultivo do tomateiro evidenciaram a ocorrência de temperaturas elevadas durante o ciclo de produção. Assim, foi possível observar que a aplicação exógena de L-prolina nas doses de 50 e 100 mg/L aumentaram a eficiência do uso da água, diminuíram o conteúdo de malonaldeído e aumentaram a produtividade comercial e total de frutos por planta. O uso de 50 mg/L desse aminoácido também proporcionou aumento do número de frutos comerciais por planta. A aplicação de L-prolina, independente da dose, proporcionou diminuição no conteúdo de peróxido de hidrogênio e elevou a atividade das enzimas do sistema antioxidante, além de melhorar a qualidade do fruto, diminuindo a acidez e aumentando a relação SST/ATT. Dessa maneira, constatou-se o efeito positivo do uso exógeno da L-prolina no alívio dos danos causados por altas temperaturas, principalmente em plantas tratadas com 50 e 100 mg/L. / The production of tomato (Solanum lycopersicum L.) in the state of São Paulo is of great importance for the Brazilian production, it represents 21.5% of total production and is the main state table tomato producer. The fresh tomato is grown by staking of plants and cultivation in greenhouses is a growing practice in Brazil, bringing many benefits to production, as protection of rain and pests. However, in many cases, depending on the structure used, there may be an increase in the internal temperature of the greenhouse. The tomato is a plant sensitive to high temperatures, and changes in optimal levels can cause damage to metabolism and consequently crop productivity. High temperatures in tomato cultivation are detrimental to their development, as they alter cellular homeostasis and deregulate vital plant functions, such as photosynthesis, generating in excess reactive oxygen species (ROS) such as superoxide radicals, hydrogen peroxide and hydroxyl radicals, which are toxic to plants and cause oxidative stress, leading to their death. Stressed plants accumulate osmoprotective solutes, including proline, which help protect cell structures, eliminate ROS and also activate plant antioxidant metabolism. In addition to the accumulation of endogenous proline, exogenous application of this amino acid can bring advantages to the relief of heat stress. The objective of this study was to evaluate the efficiency of L-proline at doses of 0, 50, 100, 200, 400, 800 and 1600 mg / L by foliar spray, in photosynthetic parameters, antioxidant system enzymes, malonaldehyde and hydrogen peroxide, productivity and post-harvest characteristics of fruits. The climatic data during tomato cultivation evidenced the occurrence of high temperatures during the production cycle. Thus, it was possible to observe that the exogenous application of L-proline at doses of 50 and 100 mg / L increased the efficiency of water use, decreased malonaldehyde content and increased commercial and total fruit yield per plant. The use of 50 mg / L of this amino acid also provided an increase in the number of commercial fruits per plant. The application of L-proline, regardless of the dose, resulted in a decrease in the hydrogen peroxide content and increased the activity of the antioxidant system enzymes, besides improving fruit quality, decreasing the acidity and increasing the SST/ATT ratio. Thus, there was the positive effect of the exogenous use of L-proline in alleviating the damage caused by high temperatures, especially in plants treated with 50 and 100 mg / L.

Submitted by Eunice Novais (enovais@uepg.br) on 2018-03-05T18:23:35Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Leandro Tullio.pdf: 1410480 bytes, checksum: b92ca948d0810d08208334b6703b86c9 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-05T18:23:35Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Leandro Tullio.pdf: 1410480 bytes, checksum: b92ca948d0810d08208334b6703b86c9 (MD5) Previous issue date: 2016-02-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O pH é o principal determinante da diversidade microbiana do solo. Rhizobium freirei é um notável endossimbionte de feijão e reconhecido por sua elevada capacidade de tolerância a estresses ambientais, como o pH ácido. O objetivo deste trabalho foi analisar alterações na expressão gênica, em nível transcricional e traducional, de R. freirei cultivada em pH ácido. A bactéria foi cultivada em caldo TY até alcançar a fase exponencial em pH 6,8 e pH 4,8 e, submetida à extração de proteínas totais. As proteínas foram separadas por eletroforese bidimensional e os perfis proteicos obtidos foram analisados em imagens de alta resolução. Os spots diferencialmente expressos (p ≤ 0,05) foram selecionados para análise em espectrometria de massa e identificação in silico. A expressão diferencial dos genes gshB, gstA e ropB foi analisada após 0, 30 e 60 min de exposição de R. freirei ao pH ácido. De acordo com os resultados, o principal mecanismo de tolerância de R. freirei ao pH ácido parece estar associado à alteração de vias metabólicas centrais, devido ao aumento na expressão de proteínas envolvidas com vias oxidativas (ZwF, KDPG e PckA), relacionadas ao Ciclo do Ácido Tricarboxílico. A maior expressão destas enzimas sugere um aumento no consumo de carboidratos e consequente formação de NADH, que pode ser corroborado pelo aumento na expressão da subunidade NuoC do Complexo 1 da cadeia respiratória, que cataliza a conversão de NADH em NAD+ acoplada ao transporte de prótons para o periplasma, reduzindo a acidificação citosólica. O Complexo 1 é considerado o principal formador de radical superóxido, além disso a maior expressão das enzimas antioxidativas AhpC e GstA em nível traducional, bem como a maior expressão de gstA em nível transcricional, sugere fortemente que o pH ácido induz ao estresse oxidativo em R. freirei. Por outro lado, a menor expressão da proteína AccC pode estar relacionada a um direcionamento do metabolismo central ao consumo de ácidos em detrimento à biossíntese de ácidos graxos, processo em que AccC é fundamental. A menor expressão da subunidade β do Complexo ATPase (AtpD) pode estar direcionada à redução na acidificação do pH interno, por meio da diminuição na entrada de prótons. Tal abrangência de vias metabólicas envolvidas sugere que a resposta adaptativa ao pH ácido possui caráter multigênico, cuja predominância de proteínas citoplasmáticas reforça a importância do metabolismo central para sua capacidade de tolerar pH acidificado. Ao contrário de trabalhos que enfocam genes ou mecanismos específicos de tolerância, nossos resultados mostraram, pela primeira vez, que o metabolismo central parece ser o principal mecanismo de tolerância ao pH ácido em R. freirei e que há fortes indícios da correlação entre estresse ácido e oxidativo. / The pH is the main controller of microbial diversity of soil. Rhizobium freirei is a remarkable bean endosymbiont and recognized by its ability to tolerate environmental stresses, such as acidic pH. The aim of this study was to analyze changes in gene expression at transcriptional and translational level of R. freirei grown in acidic pH. Bacteria was grown in TY medium until exponential phase in two treatments: pH 6,8 and pH 4,8. The protein extraction was performed and the extract was separated by two-dimensional electrophoresis. High-resolution images of the profiles were analyzed and the spots that showed statistical difference in the relative volume (%vol) between treatments were selected for identification by mass spectrometry (MS) and in silico identification. Differential expression of R. freirei was assessed by analysis of gshB, gstA and ropB genes after 0, 30 and 60 min of exposure in acidic pH. According to the results, the changing of central metabolic pathways seems to be the main mechanism of tolerance to acid stress in R. freirei, due to the increased expression of proteins involved in oxidative pathways (Zwf, aldolase KDPG and PckA) related to the Tricarboxilic Acid cicle (TCA). The increased expression of these proteins suggests higher carbohydrate consumption and NADH formation, reinforced by elevated expression of NuoC subunit of respiratory chain Complex 1, that converts NADH into NAD+ coupled to proton transport to periplasm and consequent decreases the cytosolic acidification. The Complex 1 of the respiratory chain is the main superoxide former; moreover the higher expression of the antioxidative enzymes AhpC and GstA at translational level, and the higher expression of gstA at transcriptional level, strongly suggests an oxidative stress induced by acid pH condition. On the other hand, the decreased AccC protein expression supports the trend of the central metabolism to acid-consuming reactions, in contrast to fatty acids biosynthesis pathways, where AccC is essential. Down-regulation of the β subunit of ATPase Complex can be related to regulation of cytosolic acidity by reduction of proton entry through ATPase Complex. Such broad range of pathways involved in the response to acid conditions suggests an adaptive response of multigenic character mainly involving cytoplasmic proteins, and reinforces the importance of the central metabolism for R. freirei ability to tolerate acidic pH conditions. In contrast to studies focused in few genes or specific mechanisms of tolerance, our results shows by the first time that the central metabolism appears to be the main mechanism of acid tolerance in R. freirei and suggests a correlation between acid and oxidative stress responses.

Um grande empecilho para a manutenção e estabilidade da produção nacional de soja reside na suscetibilidade dos diferentes genótipos aos estresses ambientais. Tendo em vista a importância social e econômica da leguminosa e os efeitos extremamente danosos dos estresses abióticos sobre a agricultura, faz-se necessário maior conhecimento acerca das interações entre os estímulos estressores e as respostas da planta. A seca é considerada o principal fator limitante na produtividade agrícola. Sendo assim, a identificação e caracterização de genes responsivos a essa condição é um passo inicial na compreensão das respostas adaptativas ao déficit hídrico. Os genes Asr (ABA, Stress and Ripening) são induzidos por estresse e ácido abscísico (ABA) e seus níveis de expressão são rapidamente aumentados em resposta à salinidade e seca. Nesse estudo os genes da família Asr de soja foram clonados. Estas proteínas são hidrofílicas e ricas nos aminoácidos Ala, His, Glu e Lis, apresentando homologia com ASRs de outras plantas, como atestado nas análises de múltiplos alinhamentos. O perfil de expressão foi avaliado através de RT-qPCR em tempo real e revelou que Asr1 tem um distinto padrão de indução no nível de transcritos em folha sob tratamento com ABA, sal e seca, enquanto Asr3 apresenta padrão distinto de indução na expressão em raiz, sob tratamento com ABA e seca. Além disto, foram construídos vetores para a superexpressão e localização subcelular das proteínas ASR1, ASR2 e ASR3 em plantas. Plantas de Arabidopsis thaliana foram submetidas a um protocolo de transformação genética mediada por Agrobacterium. / One of the major obstacles to maintain the stability of the national production of soybean (Glycine max) lies on the susceptibility of different genotypes to abiotic stress. In view of the social and economic importance of soybean and due to the extremely harmful effects of stress in agriculture, detailed knowledge of the interaction between these stresses and plant response to environmental stimuli is necessary. Drought is considered the main abiotic limitation factor for agricultural productivity. Identification and characterization of responsive genes to this condition is an initial step in understanding the adaptive responses to drought. The Asr (ABA, Stress and Ripening) genes are induced by stress and abscisic acid (ABA) in plants, and their expression levels are quickly increased in response to salinity and drought. In this study Asr genes from Glycine max were cloned. These proteins were found to be hydrophilic and rich in amino acids Ala, His, Glu and Lys, showing homology with those of other plant Asr genes via multiple alignment analysis. RT-qPCR analyses revealed that Asr1 had a distinct up-regulated transcript pattern in leaf under ABA, NaCl and drought treatments, while Asr3 had a distinct up-regulated transcript pattern in root under ABA and drought treatments. Besides, vectors for ASR1, ASR2 and ASR3 proteins overexpression and subcellular localization in plants were constructed. Arabidopsis thaliana plants were submitted to an Agrobacterium-mediated transformation procedure.

A maioria das gramíneas possui absorção radicular de silício de forma ativa e são plantas acumuladoras de deste elemento. Já as leguminosas, possuem absorção passiva, são exclusoras de silício e não acumuladoras deste elemento. A maior parte do silício absorvido pelas raízes das plantas é depositada na forma de sílica amorfa combinada a compostos orgânicos como a celulose, podendo tornar o silício um elemento imóvel nas plantas, ou de baixa mobilidade. Os processos que regulam a absorção radicular, o transporte à longa distância a deposição de silício nas plantas podem variar entre as espécies vegetais e são regulados pelo crescimento das plantas ou pelo ambiente em que elas estão. Condições de estresse abiótico, como a contaminação do solo por cádmio, deficiência hídrica etc., podem estimular a absorção, o transporte e até mesmo a mobilização do silício, o que pode levar a sua redistribuição, como forma de resistência ao estresse fisiológico. O objetivo deste trabalho foi avaliar a absorção pelas raízes, o acúmulo e a mobilidade de silício em espécies acumuladoras e não acumuladoras de silício, sob condições ideais de desenvolvimento e em condição de estresse, devido ao excesso de cádmio. Para tal, foram desenvolvidos cinco experimentos em casa de vegetação, utilizando solução nutritiva como meio de cultivo. O primeiro experimento objetivou determinar a época de maior absorção radicular e acúmulo de silício por plantas de arroz, trigo, feijão e soja e a distribuição deste elemento nestas plantas. Neste estudo, foi evidenciado o incremento da produção de matéria seca pela aplicação de silício, principalmente para as plantas de arroz e feijão. As espécies acumuladoras de silício, neste caso, o arroz e o trigo, apresentam um padrão contínuo e crescente de absorção, proporcional ao período de desenvolvimento. Já as espécies não acumuladoras, como o feijão e a soja, absorveram proporcionalmente mais silício no período inicial de desenvolvimento. A proporção relativa entre o silício acumulado na parte aérea e nas raízes das plantas acumuladoras de silício, arroz e trigo, é muito maior quando comparado com as não acumuladoras, feijão e soja. O segundo experimento objetivou a verificação da possível mobilidade do silício em plantas de arroz e de feijão, por meio de técnica isotópica. Para isso as plantas foram cultivadas em um período com silício na solução nutritiva e depois esse viii elemento foi retirado do meio de cultivo. A partir das análises isotópicas do 30Si nas folhas velhas das plantas (produzidas na presença de silício) e folhas novas (produzidas na ausência de silício), em condições ideais de desenvolvimento das plantas, verificou-se que o silício é um elemento imóvel, pois não ocorreu redistribuição de silício de folhas velhas para folhas novas, quando este elemento foi suprimido da solução nutritiva. O terceiro e o quarto experimento foram desenvolvidos com o objetivo de estudar a interação entre silício e cádmio em plantas de feijão e de arroz. Foi verificado que o em condições de toxidez de cádmio, o silício promoveu a manutenção da produção de matéria seca das plantas, pela diminuição dos efeitos deletérios deste elemento, em ambas as espécies. Os mecanismos desencadeados pelo silício para conferir o aumento da tolerância ao cádmio, foram distintos entre as espécies. O acúmulo de silício em plantas de arroz foi proporcional à concentração de cádmio em solução, já para as plantas de feijão o acúmulo decresceu na maior dose de cádmio, isso foi devido à severa diminuição da produção de matéria seca nesta condição. Em plantas de feijão, o silício promoveu o acúmulo de cádmio nas raízes, o que preveniu o aumento da concentração tóxica deste elemento nos grãos. Nas plantas de arroz, o silício manteve a integridade das paredes celulares, fator que pode promover maior resistência das plantas aos possíveis danos causados pelo excesso de cádmio. O quinto experimento foi realizado para avaliar a redistribuição de silício das folhas velhas para as folhas novas de plantas de arroz e feijão sob condições de excesso de cádmio, pela adição de 30Si via solução nutritiva. Em plantas arroz, foram constatadas alterações na composição isotópica das folhas novas e velhas, demonstrando que a redistribuição do silício em condições de excesso de cádmio, nesta mesma condição, em plantas de feijão, não ocorreu redistribuição do silício. Pelo exposto, pôde-se concluir que existem diferenças marcantes entre os processos de absorção, transporte e deposição de silício nas plantas acumuladoras e não acumuladoras, em condição da aplicação de silício, e que estes processos estão diretamente relacionados com os benefícios conferidos por este elemento. Em condições de estresse, há redistribuição de silício em plantas de arroz. Tal fato também deve ocorrer nas demais espécies acumuladoras, por apresentarem os mesmos padrões de fotoassimilação de carbono e de absorção radicular, transporte e as mesmas exigências nutricionais, e neste sentido o silício pode estimular o sistema de defesa das plantas. Situação em que o silício promove a supressão do fator de estresse e, dentro de certos limites, mantém o desenvolvimento das plantas / Most grasses have root active uptake of silicon and are considered as silicon accumulator plants. In contrast, legumes have passive uptake of silicon and are considered as non accumulator plants. Most of the silicon that is absorbed by the roots is found in the plants as amorphous silica associated to organic compounds as celluloses that can immobilize silicon inside the plants. Processes that drive absorption by roots, transport and accumulation of silicon in plants may vary among species and are driven by the plant growth or environment. Abiotic stressing conditions, as cadmium contamination and drought stress, might stimulate the uptake, transport or even the mobilization of silicon as a tool of resistance to the physiological stress. The goal of this work was to evaluate the uptake, accumulation and mobility of silicon, comparing species considered accumulators and non accumulators under ideal conditions of development and, under environment stressed by cadmium contamination. Thus, five experiments were carried out in a green house using nutrient solution. The first experiment aimed to establish the period when the silicon absorption of accumulator and non accumulator plants as rice, wheat and soybeans, was highest. This study showed the increase of dry matter yields when the silicon is applied, mainly for rice and bean plants. The silicon accumulator species, rice and wheat, showed a continuous increased of silicon uptake with plant growths. The non accumulator species, as beans and soybeans, had a greater uptake of silicon at the early beginning of their development. The relation among accumulated silicon in the shoots and the roots of accumulator plants is greater than in non accumulators. The second experiment was carried out to verify the mobility of silicon in plants of rice and beans. The analysis of percentage of 30Si atoms in old leaves (produced with silicon supply) and new leaves (produced without silicon supply) demonstrated that, under ideal conditions of development, silicon had no mobility in the studied species. The third and fourth experiments were carried out to verify the interaction among silicon and cadmium in plants of beans and rice. The accumulation of silicon in plants of beans and rice submitted to cadmium excess and the effect of reduction of cadmium toxicity were evaluated at these experiments. In these experiments, silicon maintained the dry matter production of plants submitted to cadmium x treatment, as the element had diminished the cadmium harmless. As the rates of cadmium got greater, silicon uptake was stimulated for both species. The mechanisms triggered by the silicon for increasing the tolerance to the cadmium, were different for each species. In beans silicon increased the accumulation of cadmium in the roots and reduced the concentration of this element in the grains. The greater cadmium retention in the roots, probably, leads to reduce the toxicity caused by this element to the plants. In rice plants, the maintained of cell walls promoted by the silicon, probably, supported the greater resistance of these plants to the cadmium toxicity. The fifth and last experiment was carried out to evaluate silicon mobility in beans and rice plants under cadmium excess. A silicate with 10% of 30Si atoms was added to the nutrient solution to demonstrate the mobility of silicon from old leaves to new leaves. Na alteration in the isotopic composition in new leaves of rice indicated a redistribution of silicon. The cadmium excess promoted the redistribution of silicon from old to new leaves of rice but not in beans plants. We demonstrate that there are strong differences among the uptake, transport and silicon deposit of plants and theses processes are related to the benefits that silicon generates in the plants. The redistribution of silicon occurs in rice plants submitted to stressing conditions where silicon has a relative mobility that could be, even in the future extrapolated to other accumulator species that might require silicon as a stimulator of the plant defense system. The most silicon accumulators species have the same carbon photo assimilation and the same root uptake patterns, therefore the same behavior is expected for silicon, and it can be concluded that silicon mobilization during stress conditions lets to maintain normal plant development, within certain limits

Uma das alternativas para reduzir os efeitos negativos das altas temperaturas nas plantas e, consequentemente a perda na produção e qualidade é a utilização de indutores de tolerância. Dentro deste contexto, a L-arginina, se apresenta como uma alternativa, por ser um dos aminoácidos mais funcionais e precursora de importantes compostos na regulação metabólica das plantas, com efeito na atenuação do estresse abiótico. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da aplicação foliar de diferentes doses de L-arginina (0; 0,15; 0,25; 0,5; 1,0 e 2,0 g L-1) na fisiologia, produção e qualidade do tomate cultivar Pizzadoro cultivado em ambiente protegido no período de verão. Para avaliação do efeito da L-arginina na fisiologia, foram feitas análises de indicadores de estresse dos compostos malonaldeído (MDA) e peróxido de hidrogênio (H2O2), das enzimas antioxidantes superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT) e ascorbato peroxidase (APX), teores de aminoácidos livres e teores de nutrientes nas folhas de tomateiro. Na produção foram determinadas a produção total (PT), a produção com presença de defeitos (PRDEF), a produção não comercial (PRNC) e a produção comercial (PC) com a classificação de calibre pequeno (PROP), médio (PROM) e grande (PROG). Além disso, foram determinados o número de frutos totais (NFT), número de frutos com presença de defeitos (NDEF), número de frutos não comerciais (NFNC) e número de frutos comerciais (NFC) com classificação de calibre pequeno (NFP), médio (NFM) e grande (NFG). Amostras de frutos maduros foram colhidas para a determinação de sólidos solúveis (SST), pH da polpa, ácido ascórbico (AA) e acidez total titulável (ATT) para determinação da qualidade do tomate. A aplicação de 1,0 g L-1 de L-arginina diminuiu o teor de MDA, e aumentou a atividade das enzimas CAT e APX. Além disso, essa dose do aminoácido aumentou a PC, PT, NFC, NFT e diminuiu a produção de NFNC. / Tolerance inductor products are one of the alternatives to reduce the negative effects of abiotic factors in plants, for instance the decrease of crop yield and quality. In this context, L-arginine is one option of this products to mitigate abiotic plant stress, due to its importance as a functional amino acid and precursor of metabolic plant compounds. Hence, the project objective was to evaluate the exogenous foliar application of different rates of L-arginine (0; 0.15; 0.25; 0.5; 1.0 e 2.0 g L-1) on physiology, yield and quality of tomato cultivar Pizzadoro growth in protected enviroment during Summer. Physiological effect were analized by markers of oxidative stress, as malondialdehyde (MDA) and hydrogen peroxide; activities of superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and ascorbate peroxidase (APX) enzymes; free amino acids and nutrient contents in tomato leaves. Yield was estimated by total production (TP), production of defective fruit (PDF), non-commercial fruit production (NCFP) and commercial fruit production (CP). CP was classified as small (SPRO), medium (MPRO) and large (LPRO) sizes. Number of total fruit (NTF), number of defective fruit (NDF), number of non-commercial fruit (NNCF) and number of commercial fruit (NCF) were classified as small (NSF), medium (NMF) and large (NLF) sizes. Sample of mature tomatoes were harvested to assess quality, by content of soluble solids (SST), pH of tomato pulp, ascorbic acid (AA) and titratable acidity (TA). Application of L-arginine at rate of 1.0 g L-1 reduced MDA and increased CAT and APX. Besides physiological aspects, this level of amino acid increased CP, TP, NCF, NTF and decreased NNCF.

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No. of bitstreams: 1 PDF - Rayssa Ribeiro da Costa.pdf: 1490585 bytes, checksum: e8add9fe6f4f56eb0481ceb023a6dec1 (MD5) Previous issue date: 2016-02-19 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Cowpea is a one of the legume most consumed in the North and Northeast of Brazil, being a major component of the population diet. In the critical stages, the severity of drought is one of the factors that limit the plant growth. However studies have reported that effects of drought on the plant can be mitigated through the application of endogenous elicitors such as salicylic acid (SA). Thus, the objective of this work was to evaluate cowpea genotypes subjected to drought with salicylic acid applications. The research consisted of a 2x2x5 factorial, two cowpea genotypes (BRS Paraguaçu and Pingo de Ouro 1-2), two irrigation levels (one befitting to soil moisture near field capacity, 10 and 15 kPa, and another in a condition of stress (60 to 80kPa) and five concentrations of salicylic acid (zero; 0.1; 0.5; 1.0; 2.0 mM) applied 15 days after sowing each three days during six days. The combination of these factors resulted in 20 treatments, arranged in a completely randomized design with three replications, and the experimental plot consisted of 3 working vessels initially containing 6 plants. Growth evaluations ( plant height, leaf number, stem diameter and dry mass of shoots), physiological assessments (photosynthesis, stomatal conductance, transpiration, leaf water potential and intrinsic efficiency in water use), biochemical (activities of peroxidase ascorbate - APX, catalase - CAT, superoxide dismutase - SOD and free proline content) and production (long pods, weight of pods, number of grains per pod, grain diameter, 100 seed weight, moisture content and productivity) were analyzed. The application of 1.0 mM SA provided benefits to physiological parameters in both genotypes at both conditions. The activity of antioxidant enzymes increases in water drought conditions, but no responded to foliar application of salicylic acid. Although not significant, the proline accumulation in drought conditions increased the tolerance in Pingo Gold-1-2. Pingo de Ouro 1-2 had lower productivity, but increased tolerance to drought. In the vegetative phase, the foliar application of salicylic acid attenuates water deficit in cowpea. tolerância ao déficit. Pingo de Ouro-1-2 obteve menor produtividade, porém uma maior tolerância ao déficit hídrico. A aplicação foliar do ácido salicílico na fase vegetativa atenua o déficit hídrico moderado em feijão-caupi. / O feijão-caupi é uma das leguminosas mais consumidas no Norte e Nordeste do Brasil, sendo um dos principais componentes da dieta alimentar da população. A severidade do déficit hídrico nas fases críticas da cultura é um dos fatores que limitam a cultura, entretanto estudos relatam que os efeitos do déficit hídrico na planta podem ser mitigados através da aplicação de eliciadores endógenos como o ácido salicílico (AS). Dessa forma, objetiva-se com este trabalho, avaliar genótipos de feijão-caupi submetidos a estresse hídrico e aplicações de ácido salicílico. A pesquisa constou de um fatorial de 2x2x5, sendo dois genótipos de feijão-caupi (BRS Paraguaçu e Pingo de Ouro-1-2), duas lâminas de irrigação (uma condizendo-se a umidade do solo próximo à capacidade de campo, entre 10 e 15 kPa, e outra numa condição de estresse (entre 60 e 80kPa); e cinco concentrações de ácido salicílico (zero; 0,1; 0,5; 1,0; 2,0 mM) aplicadas 15 dias após a semeadura em intervalos de três dias, durante seis dias. A combinação dos três fatores resultou em 20 tratamentos, arranjados no delineamento experimental inteiramente casualizado, com três repetições e a parcela experimental composta de 3 vasos úteis, contendo inicialmente 6 plantas. Foram realizadas avaliações de crescimento (altura da planta, número de folhas e massa seca da parte aérea), avaliações fisiológicas (fotossíntese, condutância estomática, transpiração, potencial hídrico foliar e eficiência intrínseca no uso de água), bioquímicas (atividades da ascorbato peroxidade - APX, catalase - CAT, superóxido dismutase – SOD e teor de prolina livre) e de produção (comprimento de vagens, peso das vagens, número de grãos por vagem, diâmetro do grão, peso de 100 sementes, teor de umidade e produtividade). A aplicação de ácido salicílico a 1,0 mM propiciou benefícios aos parâmetros fisiológicos em ambos os genótipos nas duas condições hídricas. A atividade das enzimas antioxidantes aumenta em condições de déficit hídrico, porém sem resposta a aplicação foliar de ácido salicílico. O acúmulo de prolina em condições de déficit hídrico, mesmo não sendo significativo, confere ao Pingo de Ouro-1-2 maior