LSD (Lesion Simulating Disease) é uma família de proteínas dedo de zinco descritas como importantes na resposta hipersensitiva (HR – hipersensitive response), limitando a área da lesão e a morte celular programada (PCD – programmed cell death), regulando negativamente as espécies reativas de oxigênio (ROS – reative oxygen species) geradas em condições de estresse biótico e abiótico. Até o presente momento, a maioria dos estudos incluindo genes LSD foi realizada em Arabidopsis thaliana, havendo poucos relatos em outros organismos. Além disto, a identificação completa dos genes LSD não foi ainda descrita, o que dificulta a reconstrução da história evolutiva desta família. Assim, os objetivos deste estudo foram identificar sequências de genes LSD em diferentes genomas, realizar a análise filogenética dessa família e avaliar o perfil de expressão de genes GmLSD em diferentes órgãos de soja e sob condições de estresse. Nossos resultados permitiram a identificação de 117 possíveis genes LSD exclusivamente em Viridiplantae. Os organismos basais Volvox carteri e Chamydomonas reinhardtii apresentaram uma cópia de genes LSD. Além disso, a expansão do número de cópias gênicas parece ter ocorrido no clado Embriófita. As sequências identificadas foram analisadas quanto à presença do domínio dedo de zinco característico, sendo encontradas proteínas com uma, duas e três cópias de domínios LSD. Foi observada uma ampla conservação das três sequências de domínios LSD, indicando a manutenção destas ao longo da evolução da família. A análise filogenética mostrou que a arquitetura de proteínas com três domínios LSD representa a condição mais ancestral, sendo presente desde os organismos basais. As proteínas com dois domínios LSD foram identificadas somente no clado Embriófita e proteínas que possuem um domínio LSD foram altamente representadas no clado gramíneas. Os genes de monocotiledôneas e dicotiledôneas não formaram grupos separados, indicando que a expansão da família LSD foi anterior à diversificação entre esses clados. A análise de expressão dos genes GmLSD em diferentes órgãos de soja mostrou que estes tem expressão variável dependente do órgão. Foi avaliada a expressão dos genes GmLSD em resposta a Phakopsora pachyrhizi, o agente causador da ferrugem asiática da soja (ASR – Asian Soybean Rust). A abordagem de RNA-seq (no qual foi analisada somente a região da lesão) permitiu a identificação de GmLSD1, GmLSD3 e GmLSD4 nos genótipos suscetível (EMBRAPA48) e resistente (PI561356), enquanto que GmLSD6 e GmLSD8 foram detectados somente no genótipo resistente PI561356. Por outro lado, o experimento de RT-qPCR (em que foram analisadas folhas de soja infectadas por P. pachyrhizi) revelou que todos os genes GmLSD foram responsivos a inoculação do fungo, embora GmLSD1, GmLSD4 e GmLSD8 tenham sido modulados exclusivamente no genótipo resistente PI561356. A análise do perfil de expressão dos genes GmLSD em raízes e folhas de plantas de soja em condições de déficit hídrico mostrou que a maioria dos genes GmLSD foi modulada em resposta ao estresse. No entanto os genes GmLSD5 (folhas), GmLSD1 e GmLSD2 (raízes) foram diferencialmente expressos somente na cultivar tolerante EMBRAPA48. Esses resultados sugerem um possível envolvimento dos genes GmLSD na PCD causada por estresses bióticos e abióticos, assim como observado em Arabidopsis thaliana. Análises futuras com os genes GmLSD são particularmente interessantes para avaliar o potencial biotecnológico destes genes, sobretudo visando o desenvolvimento de plantas de soja mais tolerantes/resistentes à diferentes condições de estresse. / LSD (Lesion Simulating Disease) is a family of zinc finger proteins described as important in the hypersensitive response (HR), limiting the area of injury and the programmed cell death (PCD), negatively regulating the Reactive oxygen species (ROS) generated under biotic and abiotic stress conditions. To date, most studies including LSD genes were performed in Arabidopsis thaliana, with few reports in other organisms. Moreover, the complete identification of LSD genes has not yet been described, which difficult the reconstruction of the evolutionary history of this family. The goals of this study were to identify LSD gene sequences in different genomes, perform a phylogenetic analysis of this family and evaluate the expression profile of GmLSD genes in different soybean organs and under stress conditions. Our results allowed the identification of 117 putative LSD genes exclusively in Viridiplantae. Volvox carteri and Chamydomonas reinhardtii basal organisms showed one copy of LSD gene. Furthermore, the expansion of the number of genes copies seems to be occurred in Embryophyte clad. The identified sequences were analyzed for the presence of the characteristic zinc finger domain, being found proteins with one, two and three copies of LSD domains. We observed a wide conservation of the three sequences of LSD domains, indicating their maintenance throughout the evolution of the family. Phylogenetic analysis showed that the architecture of proteins with three LSD domains is the most ancestral condition, being present since the basal organisms. Proteins with two LSD domains have been identified only in Embryophyte clad and proteins having one LSD domain were highly represented in the Grass clad. The monocots and dicots genes not formed separate groups, indicating that the expansion of the LSD family was prior to diversification between these clades. The expression analysis of GmLSD genes in different soybean organs showed that these having an organ dependent variable expression. We evaluated the expression of GmLSD genes in response to Phakopsora pachyrhizi, the Asian Soybean Rust (ASR) causal agent. The RNA-seq approach (wherein only the lesion site was analyzed) allowed the identification of GmLSD1, and GmLSD3 GmLSD4 in both susceptible (EMBRAPA48) and resistant (PI561356) genotypes, while GmLSD6 and GmLSD8 were detected only in PI561356 resistant genotype. Moreover, the RT-qPCR experiment (in which soybean leaves infected by P. pachyrhizi were analyzed) showed that all GmLSD were responsive to fungus inoculation, although GmLSD1, GmLSD4 and GmLSD8 were differentially expressed only in PI561356 resistant genotype. The analysis of GmLSD genes expression profile in roots and leaves of soybean plants under water deficit conditions showed that the majority GmLSD genes were modulated in response to stress. However, GmLSD5 (leaves), and GmLSD1 GmLSD2 (roots) genes were differentially expressed only in EMBRAPA48 tolerant cultivar. These results suggest a putative involvement of GmLSD genes in the PCD caused by biotic and abiotic stresses, as observed in Arabidopsis thaliana. Further analyzes with GmLSD genes are particularly interesting to evaluate the biotechnological potential of these genes, especially for the development of soybean plants more tolerant / resistant to various stress conditions.

Ureases (ureia amido-hidrolases; EC 3.5.1.5) são enzimas níquel dependentes, amplamente distribuídas em bactérias, fungos e plantas, que catalisam a hidrólise da ureia à amônia e a dióxido de carbono. Em plantas e fungos, as ureases são hexâmeros formados por subunidades idênticas. Em bactérias, as ureases são formadas por duas ou três subunidades distintas, como é o caso em Helicobacter pylori e Azospirillum brasilense, respectivamente. As bactérias do gênero Azospirillum são microrganismos diazotróficos (capazes de fixar nitrogênio atmosférico), encontrados no solo e em associação com raízes de plantas como o arroz, o trigo e o milho. A principal função da urease em plantas parece estar relacionada à reciclagem do nitrogênio, mas diversas atividades biológicas que independem da atividade ureolítica têm sido demonstradas, sugerindo que esta possa estar envolvida na defesa da planta contra insetos e fungos. A fim de estudar esta enzima, a primeira parte do trabalho objetivou obter a urease recombinante de Azospirillum brasilense FP2. Para isso, o inserto foi clonado no vetor pET-23a por recombinação homóloga in vivo. Seis aminoácidos mostraram-se diferentes, em relação a sequência de proteínas predita do A. brasilense sp245, o que parece diferença entre as cepas de A. brasilense sp245 e FP2. A expressão da enzima recombinante foi otimizada, seguida de purificação feita por cromatografia de afinidade a níquel. No segundo capítulo desse trabalho é apresentada a clonagem, a expressão do gene e a purificação de um peptídeo derivado da urease ubíqua de soja. Esse peptídeo, denominado soyuretox, é colinear com o jaburetox, uma peptídeo recombinante derivado da urease de Canavalia ensiformis. Dados prévios do nosso laboratório demonstram diversas propriedades biológicas do jaburetox, tais como atividade inseticida, capacidade de interagir com bicamadas lipídicas, efeito fungitóxico, dentre outras. Estudos comparativos com o soyuretox mostraram que esse peptídeo apresenta toxicidade para duas leveduras testadas, Candida tropicalis e Saccharomyces cerevisiae. / Urease (urea amidohydrolase, EC 3.5.1.5) are nickel-dependent enzymes widely distributed in bacteria, fungi and plants which catalyze the hydrolysis of urea to ammonia and carbon dioxide. In plants and fungi, ureases are hexamers formed by one type of subunit. In bacteria, ureases are formed by two or three distinct subunits, such as in Helicobacter pylori and in Azospirillum brasilense, respectively. Bacteria of the genus Azospirillum are diazotrophic (capable of fixing atmospheric nitrogen), found in the soil and in association with roots of plants such as rice, wheat and corn. The main function of urease in plants appears to be related to nitrogen recycling, but several biological activities that are independent of ureolytic activity have been demonstrated, suggesting that it may be involved in the defense of plants against insects and fungi. In order to study this enzyme, the first part of the study aimed to obtain the recombinant Azospirillum brasilense FP2 urease. For this end, the insert was cloned into the vector pET-23a by in vivo homologous recombination. Six amino acids were different in relation to the predicted protein sequence of A. brasilense sp245, which seems to difference among strains of A. brasilense sp245 and FP2. Expression of the recombinant protein was optimized, following purification by nickel affinity chromatography. Cloning, expression of the gene and purification of a peptide derived from soybean ubiquitous urease is presented in the second chapter of this work. This peptide, called soyuretox, aligns with jaburetox, a recombinant peptide derived from Canavalia ensiformis urease. Previous data from our laboratory have shown diverse biological properties for jaburetox, such as insecticidal activity, ability to interact with lipid bilayers, fungitoxic effects, among others. Comparative studies with soyuretox, showed that this peptide presents toxicity against yeast, Candida tropicalis and Saccharomyces cerevisiae.

Ureases (ureia amido-hidrolases; EC 3.5.1.5) são enzimas níquel dependentes, amplamente distribuídas em bactérias, fungos e plantas, que catalisam a hidrólise da ureia à amônia e a dióxido de carbono. Em plantas e fungos, as ureases são hexâmeros formados por subunidades idênticas. Em bactérias, as ureases são formadas por duas ou três subunidades distintas, como é o caso em Helicobacter pylori e Azospirillum brasilense, respectivamente. As bactérias do gênero Azospirillum são microrganismos diazotróficos (capazes de fixar nitrogênio atmosférico), encontrados no solo e em associação com raízes de plantas como o arroz, o trigo e o milho. A principal função da urease em plantas parece estar relacionada à reciclagem do nitrogênio, mas diversas atividades biológicas que independem da atividade ureolítica têm sido demonstradas, sugerindo que esta possa estar envolvida na defesa da planta contra insetos e fungos. A fim de estudar esta enzima, a primeira parte do trabalho objetivou obter a urease recombinante de Azospirillum brasilense FP2. Para isso, o inserto foi clonado no vetor pET-23a por recombinação homóloga in vivo. Seis aminoácidos mostraram-se diferentes, em relação a sequência de proteínas predita do A. brasilense sp245, o que parece diferença entre as cepas de A. brasilense sp245 e FP2. A expressão da enzima recombinante foi otimizada, seguida de purificação feita por cromatografia de afinidade a níquel. No segundo capítulo desse trabalho é apresentada a clonagem, a expressão do gene e a purificação de um peptídeo derivado da urease ubíqua de soja. Esse peptídeo, denominado soyuretox, é colinear com o jaburetox, uma peptídeo recombinante derivado da urease de Canavalia ensiformis. Dados prévios do nosso laboratório demonstram diversas propriedades biológicas do jaburetox, tais como atividade inseticida, capacidade de interagir com bicamadas lipídicas, efeito fungitóxico, dentre outras. Estudos comparativos com o soyuretox mostraram que esse peptídeo apresenta toxicidade para duas leveduras testadas, Candida tropicalis e Saccharomyces cerevisiae. / Urease (urea amidohydrolase, EC 3.5.1.5) are nickel-dependent enzymes widely distributed in bacteria, fungi and plants which catalyze the hydrolysis of urea to ammonia and carbon dioxide. In plants and fungi, ureases are hexamers formed by one type of subunit. In bacteria, ureases are formed by two or three distinct subunits, such as in Helicobacter pylori and in Azospirillum brasilense, respectively. Bacteria of the genus Azospirillum are diazotrophic (capable of fixing atmospheric nitrogen), found in the soil and in association with roots of plants such as rice, wheat and corn. The main function of urease in plants appears to be related to nitrogen recycling, but several biological activities that are independent of ureolytic activity have been demonstrated, suggesting that it may be involved in the defense of plants against insects and fungi. In order to study this enzyme, the first part of the study aimed to obtain the recombinant Azospirillum brasilense FP2 urease. For this end, the insert was cloned into the vector pET-23a by in vivo homologous recombination. Six amino acids were different in relation to the predicted protein sequence of A. brasilense sp245, which seems to difference among strains of A. brasilense sp245 and FP2. Expression of the recombinant protein was optimized, following purification by nickel affinity chromatography. Cloning, expression of the gene and purification of a peptide derived from soybean ubiquitous urease is presented in the second chapter of this work. This peptide, called soyuretox, aligns with jaburetox, a recombinant peptide derived from Canavalia ensiformis urease. Previous data from our laboratory have shown diverse biological properties for jaburetox, such as insecticidal activity, ability to interact with lipid bilayers, fungitoxic effects, among others. Comparative studies with soyuretox, showed that this peptide presents toxicity against yeast, Candida tropicalis and Saccharomyces cerevisiae.

The rigid peptidoglycan layer of the cell wall is responsible for maintaining the structural integrity of bacteria. Antibiotics such as penicillin exert their anti-bacterial effect by inhibiting synthesis of peptodoglycan, and enzymes such as lysozyme destroy cell integrity by hydrolyzing specific bonds in the interior of this macromolecule. Defective cells can no longer withstand the high turgor pressure within the cell because they are no longer protected by a rigid wall and tend to become fragile and spherical or irregular in shape. While all bacteria are pleomorphic under certain conditions which do not normally affect other bacteria. This is exemplified by the pleomorphic growth of Azotobacter in nutrient agar or peptone-containing medium. The purpose of this investigation was to study the nature of peptone-induced pleomorphism of Azotobacter. The first phase of study dealt with the effects of poptone on the growth and morphology of A. vinelandii. Many diverse froms were observed in peptone-containing media, but it was shown that all cell types were related to the "fungoid" family of pleomorphic cells. Although Azotobacter failed to accumulate detectable levels of cell-wall precursors in response to glycine treatment, it was shown that glycine acted only on metabolically active cells. In addition, incorporation of glycine into cell wall of Azotobacter was not required for induction of pleomorphism. Methionine and aspartic acid, and to a lesser degree alanine and isoleucine, were found to competitively inhibit glycine toxicity.

Nos últimos anos tem se intensificado o uso de produtos com a finalidade de aumentar a produtividade na cultura da soja. Dentre estes estão os bioestimulantes que podem possuir em sua constituição extratos de algas, aminoácidos e hormônios. No entanto, pouco se sabe sobre o efeito isolado de cada um destes constituintes. Frente a isto, esta pesquisa teve por objetivos avaliar o efeito da aplicação de aminoácidos isolados em plantas de soja. Para isto, o trabalho foi dividido em três experimentos. No primeiro, foi realizada a aplicação via sementes de glutamato, cisteína, fenilalanina e glicina em doses variáveis. Essa etapa foi conduzida em sistema de canteiros e foi avaliada a emergência, índice de velocidade de emergência, acúmulo de massa de matéria seca, metabolismo antioxidante (enzimas superóxido dismutase - SOD, catalase - CAT, peroxidase - POD, teor de peróxido de hidrogênio - H2O2, prolina e peroxidação lipídica - PL) e produtividade. A partir da seleção das melhores doses obtidas na primeira etapa, foi realizado o segundo experimento, conduzido em casa de vegetação. As aplicações desse experimento foram realizadas no tratamento de semente, via foliar ou em ambas as épocas, além disso, foi realizada a aplicação de todos os aminoácidos em associação. Nesse experimento foram avaliados metabolismo antioxidante, enzimas de resistência (polifenoloxidase - PFO e fenilalanina amônia-liase - PAL), metabolismo do nitrogênio (enzimas nitrato redutase e urease, teor de NO3-, NH4+, N-Aa, ureídeos e N-Total), variáveis de crescimento de raíz, acúmulo de massa de matéria seca e produtividade. Já o experimento III foi realizado em campo, utilizando os mesmos tratamentos do experimento II. Foram avaliados o metabolismo antioxidante, enzimas de resistência, metabolismo do nitrogênio, massa de matéria seca e produtividade. Todos os experimentos foram conduzidos em delineamento em blocos casualizados com quatro repetições para cada tratamento. Todos os aminoácidos proporcionaram efeito positivo em diversas variáveis fisiológicas analisadas. O uso de glutamato, fenilalanina, cisteína e glicina de forma isolada repercutiram em melhores efeitos quando a aplicação é realizada somente no tratamento de sementes. A partir da aplicação desses aminoácidos ocorreu incremento da assimilação de nitrogênio e no acúmulo de massa de matéria seca, o que levou a maior produtividade dessas plantas. O maior efeito na produtividade foi observado por meio da aplicação de fenilalanina em todos os experimentos, quando comparados com os demais aminoácidos. Com relação ao metabolismo antioxidante o uso de cisteína no tratamento de sementes proporcionou aumento da atividade das enzimas SOD e PAL e redução da PL. O uso de fenilalanina no tratamento de sementes induz ao incremento da CAT e SOD e o glutamato induz o aumento de PAL e SOD. A utilização de todos os aminoácidos em associação somente foi eficiente na aplicação foliar, o que proporcionou maior desenvolvimento de raíz, maior assimilação de nitrogênio, acúmulo de massa de matéria seca e produtividade. Portanto, foi possível perceber que o glutamato, cisteína, fenilalanina e glicina apresentam importante papel de sinalização em plantas, pois pequenas doses já são suficientes para induzir ao incremento de parâmetros fisiológicos e, consequentemente aumentar a produtividade. / In recent years, the use of products to increase productivity in soybean has been intensified. Bio-stimulants can have in their constitution algae extracts, amino acids and hormones. However, little is known about the isolated effect of each of these constituents. Facing this problem, this research aimed to evaluate the effect of the application of single amino acids to soybeans. For this, the work was divided into three experiments. In the first, the application of amino acids was performed via glutamate, cysteine, phenylalanine and glycine to seeds. This stage was carried out on planting beds and the following variables were evaluated: emergency, emergency speed index, dry matter accumulation, antioxidant metabolism (superoxide dismutase - SOD, catalase - CAT, peroxidase - POD, hydrogen peroxide - H2O2 - content, proline and lipid peroxidation - PL) and productivity. From the selection of the best rates obtained in the first stage, the second experiment was carried out in a greenhouse. The applications of this experiment were performed as seed treatments, foliar application and both procedures; furthermore, the application of all amino acids in combination was also performed. In this experiment, the following variables were evaluated: antioxidant metabolism, resistance enzymes (polyphenol oxidase - PFO and phenylalanine ammonia lyase - PAL), nitrogen metabolism (nitrate reductase and urease, NO3- content, NH4+, N-Aa, ureide and N-Total), root growth, dry matter accumulation and productivity. The third experiment was carried out in the field using the same treatments of the second experiment. The following variables were evaluated: antioxidant metabolism, resistance enzymes, nitrogen metabolism, dry matter and productivity. All experiments were carried out in a randomized block design with four replications for each treatment. All amino acids provided positive effect on several physiological variables. The use of glutamate, phenylalanine, cysteine, and glycine alone lead to the best effect when the application was done only as seed treatment. From the application of these amino acids, the nitrogen assimilation was increased and the dry matter accumulation, which led to higher productivity of the plants. The greatest effect on productivity was observed by application of phenylalanine in all experiments, when compared with other amino acids. Regarding the antioxidant metabolism, cysteine use in seed treatment increased SOD and PAL activity and PL reduction. The phenylalanine use in seed treatment increased CAT and SOD activities and glutamate induced an increase of PAL and SOD activities. The use of all amino acids in association was only effective in foliar application, which provided further development of root, greater assimilation of nitrogen, dry matter accumulation and productivity. So, it was possible to conclude that glutamate, cysteine, phenylalanine and glycine have an important signaling role in plants, because small rates are enough to induce the increase of physiological parameters and consequently increase productivity.

Nos últimos anos tem se intensificado o uso de produtos com a finalidade de aumentar a produtividade na cultura da soja. Dentre estes estão os bioestimulantes que podem possuir em sua constituição extratos de algas, aminoácidos e hormônios. No entanto, pouco se sabe sobre o efeito isolado de cada um destes constituintes. Frente a isto, esta pesquisa teve por objetivos avaliar o efeito da aplicação de aminoácidos isolados em plantas de soja. Para isto, o trabalho foi dividido em três experimentos. No primeiro, foi realizada a aplicação via sementes de glutamato, cisteína, fenilalanina e glicina em doses variáveis. Essa etapa foi conduzida em sistema de canteiros e foi avaliada a emergência, índice de velocidade de emergência, acúmulo de massa de matéria seca, metabolismo antioxidante (enzimas superóxido dismutase - SOD, catalase - CAT, peroxidase - POD, teor de peróxido de hidrogênio - H2O2, prolina e peroxidação lipídica - PL) e produtividade. A partir da seleção das melhores doses obtidas na primeira etapa, foi realizado o segundo experimento, conduzido em casa de vegetação. As aplicações desse experimento foram realizadas no tratamento de semente, via foliar ou em ambas as épocas, além disso, foi realizada a aplicação de todos os aminoácidos em associação. Nesse experimento foram avaliados metabolismo antioxidante, enzimas de resistência (polifenoloxidase - PFO e fenilalanina amônia-liase - PAL), metabolismo do nitrogênio (enzimas nitrato redutase e urease, teor de NO3-, NH4+, N-Aa, ureídeos e N-Total), variáveis de crescimento de raíz, acúmulo de massa de matéria seca e produtividade. Já o experimento III foi realizado em campo, utilizando os mesmos tratamentos do experimento II. Foram avaliados o metabolismo antioxidante, enzimas de resistência, metabolismo do nitrogênio, massa de matéria seca e produtividade. Todos os experimentos foram conduzidos em delineamento em blocos casualizados com quatro repetições para cada tratamento. Todos os aminoácidos proporcionaram efeito positivo em diversas variáveis fisiológicas analisadas. O uso de glutamato, fenilalanina, cisteína e glicina de forma isolada repercutiram em melhores efeitos quando a aplicação é realizada somente no tratamento de sementes. A partir da aplicação desses aminoácidos ocorreu incremento da assimilação de nitrogênio e no acúmulo de massa de matéria seca, o que levou a maior produtividade dessas plantas. O maior efeito na produtividade foi observado por meio da aplicação de fenilalanina em todos os experimentos, quando comparados com os demais aminoácidos. Com relação ao metabolismo antioxidante o uso de cisteína no tratamento de sementes proporcionou aumento da atividade das enzimas SOD e PAL e redução da PL. O uso de fenilalanina no tratamento de sementes induz ao incremento da CAT e SOD e o glutamato induz o aumento de PAL e SOD. A utilização de todos os aminoácidos em associação somente foi eficiente na aplicação foliar, o que proporcionou maior desenvolvimento de raíz, maior assimilação de nitrogênio, acúmulo de massa de matéria seca e produtividade. Portanto, foi possível perceber que o glutamato, cisteína, fenilalanina e glicina apresentam importante papel de sinalização em plantas, pois pequenas doses já são suficientes para induzir ao incremento de parâmetros fisiológicos e, consequentemente aumentar a produtividade. / In recent years, the use of products to increase productivity in soybean has been intensified. Bio-stimulants can have in their constitution algae extracts, amino acids and hormones. However, little is known about the isolated effect of each of these constituents. Facing this problem, this research aimed to evaluate the effect of the application of single amino acids to soybeans. For this, the work was divided into three experiments. In the first, the application of amino acids was performed via glutamate, cysteine, phenylalanine and glycine to seeds. This stage was carried out on planting beds and the following variables were evaluated: emergency, emergency speed index, dry matter accumulation, antioxidant metabolism (superoxide dismutase - SOD, catalase - CAT, peroxidase - POD, hydrogen peroxide - H2O2 - content, proline and lipid peroxidation - PL) and productivity. From the selection of the best rates obtained in the first stage, the second experiment was carried out in a greenhouse. The applications of this experiment were performed as seed treatments, foliar application and both procedures; furthermore, the application of all amino acids in combination was also performed. In this experiment, the following variables were evaluated: antioxidant metabolism, resistance enzymes (polyphenol oxidase - PFO and phenylalanine ammonia lyase - PAL), nitrogen metabolism (nitrate reductase and urease, NO3- content, NH4+, N-Aa, ureide and N-Total), root growth, dry matter accumulation and productivity. The third experiment was carried out in the field using the same treatments of the second experiment. The following variables were evaluated: antioxidant metabolism, resistance enzymes, nitrogen metabolism, dry matter and productivity. All experiments were carried out in a randomized block design with four replications for each treatment. All amino acids provided positive effect on several physiological variables. The use of glutamate, phenylalanine, cysteine, and glycine alone lead to the best effect when the application was done only as seed treatment. From the application of these amino acids, the nitrogen assimilation was increased and the dry matter accumulation, which led to higher productivity of the plants. The greatest effect on productivity was observed by application of phenylalanine in all experiments, when compared with other amino acids. Regarding the antioxidant metabolism, cysteine use in seed treatment increased SOD and PAL activity and PL reduction. The phenylalanine use in seed treatment increased CAT and SOD activities and glutamate induced an increase of PAL and SOD activities. The use of all amino acids in association was only effective in foliar application, which provided further development of root, greater assimilation of nitrogen, dry matter accumulation and productivity. So, it was possible to conclude that glutamate, cysteine, phenylalanine and glycine have an important signaling role in plants, because small rates are enough to induce the increase of physiological parameters and consequently increase productivity.

Ischemic strokes are a major cause of death and disability, yet efficacious pharmacotherapies remain limited. Although neuronal cell death during stroke is primarily induced via excessive Ca2+ influx through NMDARs following overactivation by uncontrolled glutamate release, antagonism of these receptors has been shown to be ineffective due to intolerable side effects. This thesis highlights a novel therapeutic strategy for stroke wherein NMDAR-mediated excitotoxicity is temporarily and dynamically mitigated via the initiation of a process termed “glycine induced NMDAR internalization” (GINI). While GINI occurs in vitro following application of high doses of glycine, achieving these levels of glycine in vivo has long been thought impossible as glycine transporters (GlyT1) maintain synaptic glycine levels well below saturating concentrations. Here, we show that GINI can be triggered in vivo when mice are administered a glycine transporter-1 antagonist (GlyT1-A) prior to stroke and that this strategy provides neuroprotection. Mice pre-treated with a GlyT1-A, which elevates glycine levels, exhibited significantly smaller stroke volumes, reduced cell death, and significantly minimized behavioural deficits following stroke induction by either photothrombosis (PT) or endothelin-1 (ET-1). Moreover, we observed preservation of vasculature function and morphology in the peri-infarct area. These data strongly suggest that elevating brain glycine levels with GlyT1-As should be considered as a novel pharmacotherapy for ischemic stroke.

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In this thesis, I examined the inhibitory control of REM sleep motor activity using both a pharmacological rat model and a genetic mouse model. I characterized the role for GABA and glycine in mediating the REM-specific suppression of muscle activity as well as their involvement in regulating the phasic muscle twitches that punctuate this atonia. Based on four specific research objectives, the following conclusions were drawn: 1. REM atonia is not directly mediated by glycinergic or GABAA-mediated inhibition. These data refute the prevailing hypothesis that REM atonia is caused by glycinergic inhibition. These receptors are, however, important in the regulation of phasic muscle twitch activity. 2. GABAB receptors can modulate REM atonia but only when acting in concert with GABAA and glycine receptors. Blockade of all three receptor types results in a partial reversal of REM atonia, suggesting a functional interaction is occurring between these receptors during REM sleep. 3. The phasic glycinergic/GABAA-mediated inhibitory drive present in REM sleep regulates the temporal pattern of phasic twitch activity that is seen across this state. I hypothesize that this progressively decreasing inhibitory input counteracts a gradually increasing excitatory input to shape the temporal distribution of muscle twitches across REM sleep. 4. A loss of normal inhibitory function may play a causal role in the pathology of REM sleep behaviour disorder (RBD), the sleep disorder characterized by excessive motor activity in REM sleep.