LIMA, Eveline Nogueira. Análise fisiológica, bioquímica e proteômica de respostas ao estresse hidrico em genótipos de feijão-caupi [Vigna unguiculata (L.) Walp. ]. 2017. 118 f. Tese (Doutorado em Agronomia/Fitotecnia)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017. / Submitted by Deocleciano Xavier (dixavier.ufc@gmail.com) on 2017-05-31T18:47:56Z No. of bitstreams: 1 Tese Eveline final.pdf: 2295282 bytes, checksum: 9670bf45fb153919f6d8ecb2718bd846 (MD5) / Approved for entry into archive by Jairo Viana (jairo@ufc.br) on 2017-06-08T17:38:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese Eveline final.pdf: 2295282 bytes, checksum: 9670bf45fb153919f6d8ecb2718bd846 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-08T17:38:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Eveline final.pdf: 2295282 bytes, checksum: 9670bf45fb153919f6d8ecb2718bd846 (MD5) Previous issue date: 2017 / A physiological, biochemistry and proteomic studies were conducted on cowpea [Vigna unguiculata (L.) Walp.)], aiming to identify mechanisms involved in drought tolerance or susceptibility by using three different approaches. The importance of these studies is based on the fact that cowpea is a nutritional and economically crop cultivated mainly in the water deficient semiarid region of the Northeast of Brazil. Three experiments were conducted, two in a greenhouse and one in the laboratory. The objective of the first trial was to identify genotypes that were tolerant or susceptible to water deficit by using two approaches: (a) water deficit simulated by the use of PEG6000 (Polyethylene glycol) and (b) by Screening Box. The results of these trials revealed that the two methodologies were efficient to allowed the selection of cowpea “Pingo de Ouro 1,2” genotype as being tolerant to water deficit, while the “Santo Inácio Vermelho” genotype was found to be susceptible. The second trail aimed to look for understanding the mechanism underlying plants tolerant to drought by means of physiological and biochemistry characterization of drought tolerance in the contrasting genotypes susceptible. A completely randomized design (CRD) was used in a 4x2 factorial arrangement. The physiological responses, as measured by gas exchange, chlorophyll at the flowering stage, photosynthetic pigments, membrane damage by lipid peroxidation (DPL), and determination of organic solutes (Proline, Soluble Carbohydrates and N-amino acids) were characterized. Some mechanisms were effectives in identifying the “Pingo de Ouro 1,2” genotype tolerance to stomata conductance to water (gs). This observation showed the efficiency in the stomata control, the ratio of liquid assimilation rate and stomata conductance to stream (A/gs), water use efficiency (A/E), providing greater efficiency of water use in the tolerant genotype. The carboxylation efficiency and the total chlorophyll that had their values recovered when the genotype was irrigated again after the four days of severe water deficit, which indicated that the mentioned genotype can tolerant a longer period of drought. The goals of the third trial were to identify the differentially expressed proteins and proteins responses to the water deficits in the experimental genotypes of the trial number 2. Proteins were extracted from leaves, while the control treatments irrigated show moderate water deficit (-1,0 MPa) and severe deficit (-1,5 MPa) of each tolerant and sensitive water deficit genotype were evaluated by 2D-SDS PAGE, using mass spectrometry for identification of proteins. Within all the comparisons, 108 differentially expressed proteins were identified that were involved in several cellular pathways that affected the two genotypes. Proteins were identified both in the tolerant “Pingo de Ouro 1,2” genotype as well as in the susceptible to water deficit “Santo Inácio Vermelho” genotype. The conclusion is that these genotypes could be used as markers. The proteins that were most expressed among the mentioned genotypes, was the subunit of major partial ribulose-1,5 bisphosphate carboxylase/oxigenase, (chloroplast), and a difference was found between these proteins. Considering the described situation, it can be assumed that the tolerance has more efficient mechanisms of dry escape than the sensitive one. The results indicated information for understanding the molecular bases of tolerance and sensible cowpea genotypes under water deficit. / No presente trabalho foi realizado um estudo englobando fisiologia, bioquímica e proteômica no feijão-caupi, uma cultura de grande importância nutricional e econômica, principalmente para a região Nordeste. O objetivo geral do estudo foi de identificar mecanismos envolvidos na tolerância à seca no feijão-caupi utilizando as três abordagens. Para tanto, foram conduzidos três experimentos, dois em casa de vegetação e um em laboratório. No primeiro experimento o objetivo foi identificar genótipos de feijão-caupi tolerantes e suscetíveis ao déficit hídrico a nível de plântulas, utilizando-se de duas metodologias, estresse hídrico simulado com o uso de PEG6000 (Polietilenoglicol) e Screening Box. Os resultados demostraram que as duas metodologias se mostraram eficientes na seleção de genótipos de feijão-caupi, sendo o genótipo Pingo de Ouro 1,2 tolerante ao déficit hídrico e o genótipo Santo Inácio Vermelho sensível. No segundo experimento o objetivo foi compreender os mecanismos de tolerância por meio da caracterização fisiológica e bioquímica para tolerância à seca em genótipos de feijão-caupi contrastantes para essa característica. Utilizou-se o delineamento inteiramente casualizado (DIC), num arranjo fatorial 4x2. Foram caracterizadas as respostas fisiológicas, como trocas gasosas, florescência da clorofila a, pigmentos fotossintéticos, danos de membrana pela peroxidação de lipídeos (MDA) e determinação de solutos orgânicos (Prolina, Carboidratos Solúveis e N-aminoácidos). Alguns mecanismos foram eficientes em evidenciar a tolerância do genótipo Pingo de Ouro 1,2, como a condutância estomática ao vapor d’água (gs), demostrando eficiência no controle estomático; a razão da taxa de assimilação liquida e condutância estomática ao vapor d’agua (A/gs); a eficiência do uso da água (A/E), provando maior eficiência do uso desta no genótipo tolerante; a eficiência de carboxilação e a clorofila total que tiveram os seus valores recuperados quando o genótipo foi irrigado novamente após os quatros dias de déficit severo, demostrando que este genótipo pode tolerar por mais tempo o período de seca. No terceiro experimento o objetivo foi identificar as proteínas diferencialmente expressas e as proteínas responsivas aos déficits hídricos nos genótipos contrastantes do experimento 2. As proteínas foram extraídas de folhas de feijão-caupi, dos tratamentos controle (irrigado), déficit moderado (-1,0 MPa) e déficit severo (-1,5 MPa), de cada genótipo tolerante e sensível ao déficit hídrico e foram analisadas pela 2D-SDS PAGE, usando espectrometria de massa na identificação das proteínas. Dentro de todas as comparações foram identificadas 108 proteínas diferencialmente expressas, dessas foram encontradas proteínas envolvidas em várias vias celulares que afetou os dois genótipos. Foram identificadas proteínas tanto no genótipo Pingo de Ouro 1,2 (tolerante) quanto no genótipo Santo Inácio Vermelho (sensível), podendo estas ser utilizadas como marcadores. Das proteínas que foram mais expressas entre os genótipos tem-se a subunidade maior ribulose-1,5-bisfosfato carboxilase/oxigenase, parcial (cloroplasto). Uma diferença encontrada entre os dois genótipos está relacionada a essa proteína. O genótipo sensível teve maior repressão dessa proteína, com isso pode-se sugerir que o genótipo tolerante possua mecanismo mais eficiente de escape à seca que o sensível. Os resultados mostram informações para compreensão das bases moleculares em relação à tolerância e sensibilidade do feijão-caupi sob déficit hídrico.

Made available in DSpace on 2014-08-20T13:25:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_Denise_dos_Santos_colaresl.pdf: 673518 bytes, checksum: 7c45d65e0fc8e9a1e7438b33e7da2bab (MD5) Previous issue date: 2009-04-23 / Aluminum is the most abundant metal in the earth s crust. Under acidic conditions, aluminum is solublized to its ionic form, which shows toxicity to plants. Aluminum rapidly inhibits root elongation and subsequently the uptake of water and nutrients, resulting in significant reduction of crop production on acid soils. Rice is one of the most aluminum-tolerant species among economically important crops. However, the physiological mechanism responsible for the high aluminum tolerance in rice has not been elucidated. On the other hand, rice genome is a model for the Poaceae and shows high sinteny with this family of plants. In this work, 30 rice cultivars were evaluated under four aluminum concentrations in hidroponic system. The genetic variability between the rice cultivars was evaluated through multivariated analysis. According to the tolerance response observed, 10 genotypes were selected to be evaluated in relation to a dose x time of exposition experiment. Finally, the expression of the gene OsFRDL1 was quantified in two rice cultivars differing in aluminum tolerance. There was variability in relation to aluminum tolerance between the 30 rice cultivars evaluated. The most tolerant genotypes were IAC 500, BRS Liderança and BRS Curinga and the sensitive ones were BR-IRGA 410, IAS 12-9 Formosa and Arroz da Terra. The tolerant cultivars IAC 500, BRS Liderança and BRS Curinga showed high genetic similarity and are promising genotypes for crosses aiming to increase aluminum tolerance in the progenies. Cultivars responded in a different way to the dose x time of exposition to aluminum experiment. Forty-eight hours of exposition to a solution containing an aluminum concentration of 14 mg L-1 showed to be the best combination of treatments to perform the screening of tolerant and sensitive cultivars. The expression of the gene OsFRDL1 was higher in the aluminum tolerant cultivar Farroupilha than in the aluminum-sensitive cultivar BRIRGA 410. / O alumínio é o metal mais abundante da crosta terrestre, estando presente, em sua maior parte, sob formas não prejudiciais às plantas. Condições de reduzido pH, entretanto, originam a espécie fitotóxica Al3+, que se constitui em um dos principais fatores limitantes à produção agrícola em solos ácidos. O principal sintoma da toxidez causada por alumínio é um rápido decréscimo no crescimento radicular, dificultando a absorção de água e nutrientes pela planta. O arroz é considerado, dentre as culturas de importância econômica, como uma das mais tolerantes a esse metal. Apesar disso, os mecanismos dessa elevada tolerância não são ainda conhecidos. Por outro lado, seu genoma é modelo para as poáceas, além de apresentar elevada sintenia com essa família de plantas. Com o objetivo de caracterizar 30 cultivares de arroz quanto à tolerância ao alumínio, as mesmas foram submetidas a quatro níveis do metal em solução nutritiva. Através de análise multivariada, foi avaliada a variabilidade existente entre os genótipos. Com base na resposta ao estresse, dez cultivares foram escolhidas para serem analisadas em relação ao aumento no tempo de exposição a diferentes doses de alumínio. Por fim, foi avaliada a expressão do gene OsFRDL1 em dois genótipos contrastantes quanto à tolerância ao alumínio. Foi verificada variabilidade em relação à tolerância ao alumínio entre as 30 cultivares. As mais tolerantes foram IAC 500, BRS Liderança e BRS Curinga, enquanto as mais sensíveis foram BR-IRGA 410, IAS 12-9 Formosa e Arroz da Terra. BRS Curinga, BRS Liderança e IAC 500, tolerantes ao alumínio, apresentaram elevada similaridade genética e são promissores para serem utilizados em cruzamentos que visem à obtenção de progênies superiores para tolerância ao alumínio. Através do experimento que combinou doses de alumínio x tempos de exposição foi possível verificar que os genótipos respondem de forma diferenciada ao aumento no tempo de exposição às diferentes concentrações de alumínio. A melhor combinação para diferenciar genótipos foi de 48 horas de exposição a 14 mg L-1 de alumínio. A expressão do gene OsFRDL1 foi maior na cultivar Farroupilha, tolerante ao alumínio, do que na BR-IRGA 410, sensível ao metal.