Tnt1 is a transcriptionally active LTR-retrotransposon, present in over 600 copies in the Nicotiana tabacum genome. Under normal growth conditions, Tnt1 expression is limited to basal levels, but its expression is further induced under biotic and abiotic stresses. Transgenic tobacco plants (HP plants) expressing a Tnt1 reverse transcriptase hairpin were generated. These showed pleiotropic phenotypes such as cell death spots on the leaves and callose deposition and other severe abnormal development in aerial and underground portions. RNA sequencing of leaves with cell death spots revealed a rewiring of transcriptional regulatory networks related to stress responses exclusive to HPs. Among the positively modulated genes were ethylene synthesis and response cascade genes. The objective of the present work was to unravel the relation observed between Tnt1 and ethylene, generating a model. The results obtained suggest that HP seedlings and plants have increased ethylene synthesis when compared to the wildtype. Folding prediction of Tnt1 messenger RNA allowed the identification of ethylene-responsive sequences in putative stem loop locations. Thus it is possible that Tnt1 expression can produce small RNAs targeted to sequences present in the Tnt1 retrotransposon itself as well as at the promoter region of other ethylene responsive genes. Quantification of the expression of Tnt1 and ethylene related genes revealed \"phase opposition\" expression kinetics in the HPs, which led us to hypothesize that there might be an antagonistic relationship between the expression of Tnt1 and the expression of ethylene responsive genes involved in plant defense responses. Our findings suggest that Tnt1 could generate sRNAs that exerts transcriptional control over itself as well as other genes. Our model establishes a completely new biological role for a retrotransposon: Tnt1 would provide feedback control to ethylene-mediated gene regulation in tobacco defense responses, bringing the system back to a homeostatic condition and turning the defense responses down. / Tnt1 é um retrotransposon com LTR transcricionalmente ativo, e está presente em mais de 600 cópias no genoma de Nicotiana tabacum. Em condições normais de crescimento Tnt1 é expresso em níveis basais. No entanto, sua expressão é induzida pelo estímulo de estresses bióticos e abióticos. Plantas de tabaco transgênicas (chamadas de HP) expressando um grampo da transcriptase reversa de Tnt1 foram geradas. Estas apresentaram fenótipos como: pontos de morte celular e deposição de calose nas folhas e severas anomalias de desenvolvimento severas nas porções aérea e radicular das plantas. Sequenciamento de RNA de folhas com os pontos de morte celular revelou uma reorganização de redes de regulação transcricional relacionadas a resposta a estresses. Essas novas redes surgiram exclusivamente nas plantas HP. Entre os genes modulados positivamente estavam genes de síntese e de resposta ao etileno. O presente trabalho teve como objetivo elucidar a relação observada entre Tnt1 e o fitormônio etileno gerando um modelo de atuação. Os resultados obtidos permitiram demonstrar que plântulas e plantas HP adultas tem um aumento na síntese de etileno quando comparadas à selvagem. A predição do dobramento do RNA mensageiro de Tnt1 permitiu a identificação de sequências responsivas ao etileno localizadas em posição potencial para formar grampos. Desta forma, é possível que a expressão de Tnt1 leve à produção de pequenos RNAs que tem como alvo sequências responsivas a etileno presentes tanto no próprio elemento quanto em regiões promotoras de outros genes. A quantificação da expressão de Tnt1 versus genes relacionados ao etileno revelou um padrão em \"oposição de fase\" nas HPs, o que nos levou a hipotetizar que talvez ocorra uma relação antagonista entre a expressão de Tnt1 e a expressão de genes responsivos ao etileno envolvidos em respostas de defesa vegetais. Nossos resultados sugerem que Tnt1 pode gerar pequenos RNAs que exercem controle transcricional sobre Tnt1 e outros genes endógenos. Nosso modelo estabelece um novo papel biológico para um retrotransposon: Tnt1 agiria como um modulador da indução de genes mediada por etileno nas respostas de defesa de tabaco, trazendo o sistema de volta à condição homeostática e encerrando as respostas de defesa.

Made available in DSpace on 2014-08-20T13:44:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_janice_regina_gmach.pdf: 2217576 bytes, checksum: 44546cca74b285343c5577b59d2b02c1 (MD5) Previous issue date: 2009-08-20 / The growing modernization in agricultural production and the use of small and high cost seeds, usually with the waste of sowing and the disposal seedlings recommend the use of techniques such as pelleting of seeds. However, the use of pelleted seeds may present some problems because the pellet formed around the seed can affect their performance during the germination. The cultivation of tobacco is in itself one of the major agricultural activities in the South Region of Brazil, due to the system of production that allows the cultivation in small areas, with profit to small farmers, giving it relevant socioeconomic role, besides providing raw material for a major industrial complex. Its planting is done through seeds, whose small size hinders its handling, these seeds have difficulties in germination, showing dormancy varying levels in pelleted seeds, a fact that is not seen in raw seeds. This study aimed to verify the efficiency of the use of GA3 and KNO3 as a method of overcoming dormancy in tobacco pelleted seeds, as well as use of two methods for evaluation of tobacco pelleted seeds germination. The results show that the potassium nitrate showed higher percentage of germination in pelleted seeds in both varieties and that the methodology UC (moisture continues) is more sensitive to responses of tobacco pelleted seeds. / A crescente modernização na produção agrícola, assim como a utilização de sementes pequenas e de alto custo, geralmente com desperdícios na semeadura e no descarte de mudas, recomendam o uso de técnicas como a peletização de sementes. No entanto, o uso de sementes peletizadas pode apresentar também alguns problemas, pois o pélete formado ao redor da semente pode afetar seu desempenho durante a germinação. O cultivo do tabaco constitui-se em uma das principais atividades agrícolas da região Sul do Brasil, devido ao sistema de produção que possibilita o cultivo em pequenas áreas, com boa remuneração para os pequenos agricultores, o que lhe confere relevante papel sócio-econômico, além de se constituir em matéria prima para um importante complexo industrial. Seu plantio é feito por meio de sementes, cujo tamanho reduzido dificulta o seu manuseio, essas sementes apresentam dificuldades na germinação, apresentando níveis variáveis de dormência em sementes peletizadas, fato este não observado em sementes nuas. O presente trabalho teve por objetivo verificar a eficiência do uso de AG3 e KNO3 como método de superação de dormência em sementes peletizadas de tabaco, bem como a utilização de duas metodologias para avaliação de germinação de sementes peletizadas de tabaco. Os resultados demonstram que o nitrato de potássio apresentou maiores percentuais de germinação em sementes peletizadas em ambos os cultivares e que a metodologia do UC (Umedecimento Contínuo) é mais sensível ás respostas de sementes de tabaco peletizadas.

Given the great importance of Ascia monuste orseis as insect-pest of Brassicaceae, this work was carried out to evaluate, under laboratory conditions, the action of botanical insecticides on larvae and egg masses, as well as the food consumption of larvae and test, in field conditions, the efficiency of control, of botanical insecticides which showed better results in laboratory tests, on larvae of A. monuste orseis in kale plants (Brassica oleracea L. var. acephala DC). In laboratory tests were evaluated, at a temperature of 25 ± 2ºC, relative humidity of 60 ± 10% and photophase of 14 hours, the effects of aqueous extracts of 10% w/v of tobacco powder (Nicotiana tabacum L.), of leaves of Melia azedarach L., Eucalyptus tereticornis Sm., Cedrella fissilis Vell. and Trichilia claussenii C. DC., of leaves and twigs of Ateleia glazioveana Baill and Ruta graveolens L., as well as DalNeem®, commercial product based on ripe fruits of neem (Azadirachta indica A. Juss) at 1, 5 and 10% v/v. After being offered discs of kale leaves treated with different treatments to larvae of three days of age, the mortality, the viability of the larval stage and food consumption were evaluated. Also the action of the extracts on egg masses was tested. From topical applications of the extracts on larvae of three days the effect of contact was evaluated through observation of the viability and duration of the larval stage, pupal viability and weight of pupae, and the number of adults with defect. Finally, in experiment conducted in the field, the efficiency of control of products that had better performance on tests in laboratory (tobacco powder, DalNeem to 1% and M. azedarach), compared with the standard treatment, product-based deltamethrin (Decis 25 EC) was estimated. It was found that, in laboratory, the tobacco powder was the treatment that best showed ovicidal activity; after ingestion of the extracts tested, the tobacco powder, followed by DalNeem were better in relation to mortality caused to the larvae; DalNeem, tobacco powder and M. azedarach affected their viability; the contact of DalNeem and tobacco powder caused total mortality of larvae and extracts of M. azedarach resulted in little more than half of viable pupae, presenting a tendency to reduce the weight of pupae and causing malformation in the wings of all adults emerged; both by ingestion and contact action, the extracts tested practically did not change the duration of the larval stage and all the extracts caused fagodeterrente effect on A. monuste orseis. To control A. monuste orseis in Brassicaceae crop, it is recommended the commercial product DalNeem to 1%, respecting the product specifications, since the tobacco powder, in the field, causes dark pigmentation on kale plants. / Devido à grande importância de Ascia monuste orseis como inseto-praga de brassicáceas, este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de avaliar, em condições de laboratório, a ação de inseticidas botânicos sobre lagartas e posturas, além do consumo alimentar de lagartas, bem como testar, em condições de campo, a eficiência de controle, dos inseticidas botânicos que apresentaram melhores resultados nos testes em laboratório, sobre lagartas de A. monuste orseis em cultivo de couve (Brassica oleracea L. var. acephala DC). Nos testes em laboratório foram avaliados, à temperatura de 25±2ºC, umidade relativa de 60±10% e fotofase de 14 horas, os efeitos dos extratos aquosos a 10% p/v de pó-de-fumo (Nicotiana tabacum L.), de folhas de Melia azedarach L., Eucalyptus tereticornis Sm., Cedrella fissilis Vell. e Trichilia claussenii C. DC., de folhas e ramos de Ateleia glazioveana Baill e Ruta graveolens L., além de DalNeem®, produto comercial à base de frutos maduros de nim (Azadirachta indica A. Juss) a 1, 5 e 10% v/v. Após serem oferecidos discos de folhas de couve tratados com os diferentes tratamentos, a lagartas com três dias de idade, foi avaliada a mortalidade, a viabilidade da fase larval e o consumo alimentar. Foi testada, também, a ação dos extratos sobre posturas. A partir de aplicações tópicas dos extratos sobre lagartas de três dias, foi avaliada a ação de contato dos mesmos através da observação da viabilidade e da duração da fase larval, da viabilidade pupal e do peso das pupas, além do número de adultos com defeito. Finalmente, em ensaio realizado no campo, foi estimada a eficiência de controle dos produtos que melhor desempenho tiveram nos testes em laboratório (pó-de-fumo, DalNeem a 1% e M. azedarach), comparados com tratamento padrão, produto à base de deltametrina (Decis 25 CE). Verificou-se que, em laboratório, o pó-de-fumo foi o extrato que apresentou melhor atividade ovicida; após ingestão dos extratos testados, destacou-se o pó-de-fumo, seguido de DalNeem, em relação à mortalidade causada a lagartas, além do DalNeem, pó-de-fumo e M. azedarach afetarem a viabilidade das mesmas; sob ação de contato, DalNeem e pó-de-fumo ocasionaram total mortalidade às lagartas e o extrato de M. azedarach destacou-se por resultar em pouco mais da metade de pupas viáveis, por apresentar uma tendência na diminuição do peso das pupas e por ocasionar malformação nas asas da totalidade de adutos emergidos; tanto sob ação de ingestão como de contato, os extratos testados praticamente não acarretaram alteração na duração da fase larval e todos os extratos ocasionaram efeito fagodeterrente sobre o curuquerê-da-couve. Para o controle de A. monuste orseis em cultivos de brassicáceas, recomenda-se o produto comercial DalNeem a 1%, respeitando-se as especificações do produto, já que o pó-de-fumo, no campo, ocasiona pigmentação escura em plantas de couve.

Les études entreprises depuis une douzaine d'années indiquent que le monoxyde d'azote (NO) est un médiateur physiologique impliqué dans de nombreux processus chez les plantes, incluant la germination, le développement des racines, la fermeture des stomates ou encore la réponse adaptative aux stress biotiques et abiotiques. Malgré cet important panel de fonctions, les mécanismes sous-jacents aux effets du NO ont été peu appréhendés et restent pour l'essentiel énigmatiques. Le travail présenté dans ce manuscrit s'inscrit dans cette problématique et a consisté en l’identification et la caractérisation de protéines cibles du NO chez le tabac dans le contexte de stress biotiques et abiotiques. Nous avons démontré que la cryptogéine, un éliciteur des réactions de défense, induit la S-nitrosylation rapide et transitoire de plusieurs protéines dans des suspensions cellulaires de tabac. Après purification, une douzaine de ces protéines ont été identifiées via une analyse par spectrométrie de masse. Celles-ci incluent notamment une protéine chaperonne de la famille des AAA-ATPase nommée CDC48 (Cell Division Cycle 48). Cette dernière a fait l'objet d'une étude structure/fonction approfondie afin d'appréhender l'impact de sa S-nitrosylation. Après avoir vérifié que la protéine recombinante était S-nitrosylable in vitro, nous avons démontré que ce processus n'affecte pas la structure secondaire de la protéine mais induit des modifications locales de sa structure tertiaire et une inhibition de son activité ATPasique. Le résidu cystéine 526, localisé dans le second domaine ATPasique de la protéine, a été identifié comme site probable de S-nitrosylation. Cette localisation stratégique pourrait expliquer l'effet inhibiteur du NO sur l'activité enzymatique de CDC48. La dernière partie de ce travail a été centrée sur l'analyse des mécanismes par lesquels le NO active la protéine kinase NtOSAK (Nicotiana tabacum stress activated protein kinase) chez le tabac. Nous avons démontré que NtOSAK forme un complexe constitutif avec la glycéraldéhyde 3 phosphate deshydrogénase (GAPDH). En réponse à un stress salin, le NO promeut l'activation de NtOSAK via la phosphorylation de deux résidus serine localisés dans la boucle d'activation de l'enzyme. De plus, il induit une S-nitrosylation rapide de la GAPDH, ce processus n'affectant pas la formation du complexe. Notre hypothèse est que ce complexe constituerait une plateforme de signalisation régulée par le NO et pouvant recruter les protéines cibles de NtOSAK lors de la réponse au stress salin. / Studies conducted over the past ten years indicate that nitric oxide (NO) is a physiological mediator involved in many physiological processes in plants, including germination, root development, stomatal closure or responses against biotic or abiotic stresses. Despite this important range of functions, the mechanisms underlying the effects of NO in plants remain largely unknown. The present work aims at identifying and functionally characterizing NO target proteins in tobacco in the context of biotic and abiotic stresses. We demonstrated that cryptogein, an elicitor of defense responses, induces a rapid and transient S-nitrosylation of several proteins in tobacco cell suspensions. After purification, a dozen of these proteins have been identified through mass spectrometry analysis. These proteins include CDC48 (Cell Division Cycle 48), a chaperone-like protein belonging to the AAA-ATPase family. The regulation of CDC48 by NO was deeply investigated using a combination of structural and biochemical analyses. Once the in vitro S-nitrosylation of CDC48 was confirmed, we next demonstrated that this process does not affect the secondary structure of the protein but induces local changes in its tertiary structure together with an inhibition of its ATPase activity. The cysteine residue 526, located in the second ATPase domain of the protein, was identified as a probable S-nitrosylation site. This crucial localization may explain the inhibitory effect of NO on CDC48 enzymatic activity. The last part of this work was focused on the analysis of the mechanisms underlying the NO-dependent activation of the protein kinase NtOSAK (Nicotiana tabacum stress activated protein kinase) in tobacco. We demonstrated that NtOSAK forms a constitutive complex with glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (GAPDH). In response to salt stress, NO promotes the activation of NtOSAK via the phosphorylation of two serine residues located in the activation loop of the enzyme. Moreover, it induces a rapid S-nitrosylation of GAPDH. Interestingly, this latter process does not affect the complex formation. Our hypothesis is that once S-nitrosylated, GAPDH might act as a phosphorelay recruiting protein substrates for NtOSAK.

Les effets de faibles doses de clomazone 2-(2-chlorobenzyl)-4,4-dimethyl-1,2-oxazolidin-3-one, un herbicide non-sélectif de la famille des isoxazolidinones, ont été étudiés chez Nicotiana tabacum L. De faibles concentrations de clomazone (1, 0.1, 0.01, 0.001, 0.0001 et 0.00001 µM), ont été appliquées chez deux variétés de tabac (Nicotiana tabacum L. cv. Xanthi; Nicotiana tabacum L. cv.Virginie vk51) cultivées en hydroponie. Le transport d'électrons photosynthétiques a été étudié par l'analyse de la cinétique rapide de fluorescence chlorophyllienne et par la mesure de l'évolution de l'oxygène chloroplastique. Les résultats ont montré que le clomazone à des concentrations de 1, 0.1, 0.01, 0.001et 0.0001 µM, affecte les paramètres JIP (Fv/Fm, PIabs, 1–VJ, ABS/RC, TR0/RC, DI0/RC, ET0/RC et ET0/ABS). Le clomazone à une concentration de 1 µM, conduit à une importante accumulation de H2O2 chez Virginie induisant la mort cellulaire programmée (PCD). Nos résultats montrent que la variété Xanthi présente une tolérance plus importante au clomazone que la variété Virginie, ce qui peut s'expliquer par une meilleure efficacité du transport d'électrons au delà de QA, ainsi qu'une amélioration du fonctionnement du système antioxydant enzymatique (APX et MDHAR). Le prétraitement des plantules de la variété Virginie par une alternance de cycles courts de lumière/obscurité (16 min/ 8min) pendant trois jours lorsque les plantules sont au stade de trois feuilles, a amélioré leur tolérance face à la toxicité du clomazone. Ce prétraitement induit l'activation des systèmes de détoxification des ERO via l'augmentation des activités des enzymes antioxydants et la biosynthèse de composés antioxydants tels que l'ascorbate et les composés phénoliques et réduit le niveau de mort cellulaire programmée, induit par le stress photooxydatif. Il est supposé que la stimulation des voies alternatives de dissipation des électrons, telle que la photorespiration, ainsi que les modifications du cycle circadien, soient prioritairement impliquées dans l'acquisition de la tolérance. Cet effet dit de "priming" se maintient tout au long de la croissance du tabac et se manifeste par une augmentation de la croissance et de la photosynthèse nette qui perdure jusqu'au stade de la floraison. / The effect of low doses of clomazone 2-(2-chlorobenzyl)-4,4-dimethyl-1,2-oxazolidin-3-one, a non-selective herbicide of the isoxazolidinone family, has been already determined in Nicotiana tabacum L. The plantlets of two varieties of tobacco (Nicotiana tabacum L. cv. Xanthi; Nicotiana tabacum L. cv. Virginie vk51) were subjected to low concentrations of clomazone (1, 10−1, 10−2, 10−3, 10−4 and 10−5) µM in a hydroponic system. The photosynthetic electron transport has been studied by analyzing the rapid kinetics of chlorophyll a fluorescence and measuring changes in the chloroplast oxygen evolution. The results showed that clomazone at concentrations of 1, 10−1, 10−2, 10−3 and 10−4 µM affected several parameters of chlorophyll a fluorescence and OJIP test (Fv/Fm, PIabs, 1-VJ, ABS/RC, TR0/RC, DI0/RC, ET0/RC and ET0/ABS). Clomazone at 1 µM led to a large accumulation of H2O2 in Virginie variety inducing programmed cell death. Our results show that Xanthi variety has a higher tolerance to clomazone as compared to Virginie, this can be explained by increasing the efficiency of electron transport beyond QA− (1–VJ) as well as improving the function of antioxidant enzymes (APX and MDHAR). The pretreatment of Virginie plantlets (three leaf stage) with alternation of short cycles (16 min/ 8min) of light/dark (AL) for three days, has improved its tolerance to clomazone toxicity. This pretreatment stimulated ROS-detoxification systems by increasing the activity of antioxidant enzymes and the biosynthesis of antioxidant compounds such as ascorbate acid and phenolic compounds, and consequently reduced the level of programmed cell death (PCD) provoked by the stress photooxydatif. It is suggested that the stimulation of alternative pathways of electron dissipation, such as the photorespiration, as well as changes in the circadian cycle, are primarily involved in the acquisition of the tolerance. This effect so-called "priming" has maintained during the growth of tobacco and has been revealed by increases in the growth and net photosynthesis until the flowering stage.

Os solos ácidos recobrem, cerca de 40% da área terrestre, constituindo-se em um dos principais fatores limitantes à população à produção vegetal do planeta. No Brasil, os solos ácidos abrangem cerca de dois terços do território nacional. De um modo geral, a acidez do subsolo reduz a profundidade do sistema radicular, aumentando a susceptibilidade à seca e diminuindo o uso de nutrientes pelas plantas. Além da alta atividade de íon hidrogênio (H+), os solos ácidos geralmente apresentam níveis tóxicos de alumínio, sendo que a toxicidade por AI tem sido intensivamente investigada nos últimos anos. No entanto, a toxicidade por AI ocorre apenas a pH baixo e em condições onde a toxicidade por prótons geralmente também se manifesta. Apesar disto, trabalhos envolvendo a toxicidade por prótons são escassos. A sensibilidade de células a pH baixo depende da fase de crescimento e desenvolvimento em que estas se encontram. Em raízes, as células mais sensíveis são as da região de alongamento e em suspensões celulares as células na fase log de crescimento são mais sensíveis do que as células na fase estacionária. Este trabalho faz parte de uma linha de pesquisa que procura explorar as diferenças que existem entre células quanto à sensibilidade a pH baixo para melhor entender a toxicidade e tolerância a prótons. Foram utilizadas células da cultura de tabaco cv. BY-2, um sistema modelo que apresenta diversas vantagens sobre o uso de raízes para a realização deste trabalho. Os objetivos deste estudo foram de a) determinar condições apropriadas para a exposição destas células a acidez; b) caracterizar a resposta destas células a pH baixo, sob influência de diferentes fatores ambientais, quando se encontram em estados distintos de sensibilidade ao pH baixo; e c) verificar se mudanças na sensibilidade das células a pH baixo podem ser decorrentes de alterações na composição da membrana plasmática ou na atividade das ATPases. Vários testes iniciais foram realizados com o intuito de se definir algumas condições experimentais - o tempo de exposição, a composição do meio e o tampão a ser empregado. Optou-se por lavar as células e depois incubá-las por 1h em meio simples com pH desejado e contendo apenas Ca \'Cl IND. 2\' 2mM, KCl 10mM. E o tampão MES ou biftalato (10 mM). O biftalato foi testado porque o tampão MES, usado normalmente no meio de cultura completo, não é eficiente na faixa de pH abaixo de 5,0. O biftalato (pKa = 4,1) praticamente não afetou a viabilidade celular avaliada pela permeabilidade a trypan blue, mas inibiu o crescimento celular no meio de cultura completo. Mesmo assim, os dois tampões foram utilizados em paralelo em diversos experimentos e verificou-se que os resultados foram semelhantes. A viabilidade das células na fase log (2 dias) foi reduzida quando se abaixou o pH de 5,6 a 3,8, sendo que caiu mais acentuadamente até o pH de 4,8. As células da fase estacionaria (7d) foram insensíveis ao baixo pH. A um pH fixo de 4,2 aumentando-se a concentração de Ca \'Cl IND. 2\' para cerca de 8 a 16 mM praticamente aboliu o efeito deletério do pH baixo. Para se ter o mesmo efeito com a adição de KCl, foi necessário adicionar entre 80 e 160 mM. A adição de sacarose também amenizou os efeitos do pH\'sendo praticamente revertido a uma concentração de 100 Mm. Os resultados indicam a importância da força iônica e da osmolaridade da solução, mas o efeito de Ca não parece depender apenas destas duas propriedades. A inibição de ATPases, pelo uso de DCCD, não pareceu ter qualquer relação com a sensibilidade a pH baixo. Tanto células de tabaco na fase log quanto estacionárias foram sensíveis à aplicação de ortovanadato de sódio. Em células da fase estacionária, este efeito mais acentuado a pH 4,2, sugerindo que nestas células, as H+ ATPases do tipo P da membrana plasmática podem ter algum papel na tolerância destas células ao baixo pH. Encontrou-se diferenças no perfil protéico de frações enriquecidas em membrana plasmática entre células da fase log e estacionárias e entre células tratadas ou não a pH baixo. Estas diferenças precisam ser melhor estudadas. / Acid soils account for about 40 % of the surface area of the world and are one of the major factors limiting plant productivity. In Brazil, these soils comprise roughly two-thirds of its total territory. In general, soil acidity is detrimental because it limits the depth of the root system, increasing susceptibility to drought and decreasing the use of nutrients. In addition to the high levels of hydrogen ion activity, acid soils usually have Al toxicity hazards, a topic which has been intensely studied in the past years. However, Al toxicity only occurs at low pH, under conditions in which proton toxicity is also a problem. Despite this, studies of proton toxicity are lacking. The sensitivity of cells to low pH depends on their growth and developmental status. In roots, the most sensitive cells are those of the elongation zone and in cell cultures, cells in the log phase are more sensitive than those of the stationary phase. This study is part of a larger attempt to explore the differences that exist between cells with respect to their sensitivity to low pH to further understand toxicity and tolerance to protons. Cells of tobacco BY-2, a plant cell model system which has several advantages over the use of roots, was used in this study. The objectives were a) to determine the appropriate conditions to expose these cells to low pH; b) characterize the response of these cells to low pH, when different environmental factors are varied and at different stages of cellular sensitivity to acidity; and c) examine if changes in the sensitivity of cells to low pH are due to changes in the composition of plasma membranes or in the activity of ATPases. Several preliminary tests were performed to define the experimental conditions to be used ? the duration of exposure to low pH, the composition of the medium and the buffer to be used. A simple solution containing only CaCl2 2mM, KCl 10 mM and MES or phthalate buffer (10 mM) was chosen to wash and incubate the cells at the pH of interest. Phthalate was tested because MES, the buffer normally used in the culture medium, is not effective at pH values below 5.0. Phthalate (pKa = 4,1) had very little effects on cell viability as evaluated by membrane permeability to trypan blue, but it severely inhibited the growth of the cell culture in complete medium. Nevertheless, both buffers were used in several subsequent experiments, the results of which were found to be similar between both buffers. The viability of log-phase cells (2 day-old) was reduced when the pH was lowered from pH 5,6 to 3.8, but this was sharper down to pH 4,8. Cells in stationary phase (7 day-old) were insensitive to low pH. At a fixed pH of 4,2, increases in the concentration of CaCl2 up to 8 or 16 mM abolished most of the deleterious effects of low pH. To generate the same effect, KCl had to be added at concentrations between 80 and 160 mM. The addition of sucrose also alleviated the effects of low pH. The results suggest the importance of solution ionic strength and osmolarity on sensitivity to low pH, but the effects of Ca do not appear to depend only on these two properties. The inhibition of ATPases, by DCCD, did not appear to bear any relation to cellular sensitivity to low pH. Both log-phase and stationary-phase cells were affected by the addition of sodium orthophosphate. In stationary-phase cells, this effect was more pronounced at pH 4,2, suggesting that in these cells, P-type H+-ATPases of the plasma membrane may play a role in the tolerance of these cells to lo pH. Differences were found in the protein profile of enriched plasma membrane fractions both between log-phase and stationary-phase cells and between cells treated or not with low pH. These differences, however, need to be better examined.

O desenvolvimento dos órgãos vegetativos e florais das angiospermas depende da ação combinada e finamente regulada de eventos de proliferação e expansão celular. Estudar os genes envolvidos com a regulação destes processos permite ampliar nossa compreensão sobre o desenvolvimento da flor, de seus diferentes órgãos, do processo reprodutivo como um todo, além de permitir produzir modificações de interesse econômico. Um gene codificando uma proteína da família F-box foi identificado na biblioteca TOBEST de cDNAs de estigma/estilete de N. tabacum (Quiapim et al., 2009; Abbad, 2012). A maioria das proteínas F-box pertence ao complexo SCF (formado principalmente pelas proteínas SKP1, CUL1 e F-box), participando da marcação de proteínas alvo para a degradação pela via ubiquitina-proteassomo. O gene identificado no TOBEST demonstrou expressão preferencial nos órgãos florais e foi denominado FEF1 (Flower Expressed F-box 1). Plantas de silenciamento e superexpressão deste gene indicaram alterações no tamanho dos órgãos florais, incluindo o pistilo, foco principal de estudo em nosso laboratório (Abbad, 2012). O screening de duplo-híbrido de uma biblioteca de cDNAs de estigma/estilete de N. tabacum identificou a interação com uma SKP1, indicando que a FEF1 poderia atuar junto ao complexo SCF (Abbad, 2012). No presente trabalho foram realizadas análises macroscópicas e microscópicas em pistilos de plantas transgênicas da geração T1, que permitiram: 1) verificar a estabilidade dos transgenes e das alterações fenotípicas na descendência; 2) quantificar e analisar estatisticamente as alterações de tamanho do pistilo; e 3) verificar as alterações em nível celular, que resultaram nas alterações do tamanho do pistilo, ocorridas nas plantas transgênicas. As plantas de silenciamento apresentaram redução estatisticamente significativa do comprimento de pistilos e da largura dos ovários. As análises histológicas permitiram verificar que ocorreu a redução da proliferação celular na zona secretória do estigma e no parênquima do ovário destas plantas. Por outro lado, as plantas de superexpressão demonstraram aumento estatisticamente significativo do comprimento dos pistilos e da largura de estigmas e ovários. Nestas plantas, foi verificado o aumento do número de células na zona secretória do estigma e parênquima do ovário. A interação entre FEF1 e a SKP1 foi confirmada em experimento de BiFC (Bimolecular Fluorescence Complementation), corroborando a participação dessa F-box no complexo SCF. A interação entre estas proteínas ocorre no citoplasma das células vegetais, indicando que este é o local de atuação de FEF1. A participação no complexo SCF confere a essa F-box o papel de seleção dos alvos a serem poliubiquitinados pelo complexo. A análise de candidatos do screening revelou três novos parceiros de interação de FEF1, todos fatores de transcrição da classe I da família TCP, relacionados com a regulação da proliferação celular. Estas proteínas são candidatas à degradação no proteassomo, sinalizada pela marcação promovida pelo complexo SCFFEF1. Deste modo, propomos que a FEF1 desempenhe uma função na regulação do desenvolvimento e do tamanho final dos órgãos florais, mais especificamente do pistilo, através da regulação dos níveis de fatores de transcrição, como as TCPs aqui encontradas, envolvidas com o controle da proliferação celular. / Angiosperms vegetative and flowering organs development depends on a combined influence of finely regulated events of cell proliferation and expansion. The study of genes involved with the regulation of this processes allows the expansion of our knowledge about the flower and its organs development, of the reproductive process and allows the production of modifications of economic interest. One gene coding for an F-box family protein was identified in the TOBEST stigma/style cDNA library of N. tabacum (Quiapim et al., 2009; Abbad, 2012). The majority of F-box proteins belong to the SCF (mainly composed of the SKP1, CUL1 and F-box proteins) complex, participating in the signalization of target proteins for degradation through the ubiquitin-proteasome pathway. The gene identified on TOBEST presented preferential expression on the floral organs and was named FEF1 (Flower Expressed F-box 1). Transgenic plants silencing and overexpressing this gene indicated alteration of the floral organs, including the pistil, the main focus of study in our laboratory (Abbad, 2012). A yeast two-hybrid screening of a N. tabacum stigma/style cDNA library revealed the interaction with a SKP1 protein, indicating that FEF1 possibly functions with the SCF complex (Abbad, 2012). In the present work macroscopic and microscopic analysis of the pistils of T1 generation of transgenic plants were performed, which allowed us to: 1) Confirm the transgene and phenotypic stability through generations; 2) Quantify and statistically analyze the size alterations on the pistils; 3) Analyze the cellular modifications that produced the pistils size alterations observed in the transgenic plants. The plants silencing FEF1 presented a statistically significant reduction of the pistil length and ovary width. Histological analysis allowed the observation that a reduction in cell proliferation occurred in the secretory zone of the stigma and in the ovary parenchyma. On the other hand, overexpression plants presented statistically significant enlargement of pistil length and of stigma and ovary width. In these plants it was observed an increase in cell number in the stigma secretory zone and ovary parenchyma. The interaction between FEF1 and SKP1 was confirmed on a BiFC (Bimolecular Fluorescence Complementation), reinforcing the participation of this F-box protein in the SCF complex. The interaction between these proteins was observed to occur in the cytoplasm of plant cells, indicating that this is the cellular compartment of FEF1 action. The participation in the SCF complex confers this F-box the role of selecting targets for polyubiquitination by the complex. The analysis of candidates of the screening revealed three new interaction partners of FEF1, all of them transcription factors of the class I TCP family, related to the regulation of cell proliferation. These proteins are candidates for degradation by the proteasome, signalized by the polyubiquitination promoted by the SCFFEF1 complex. We propose that FEF1 has a role in the regulation of the development and final size of the floral organs, particularly the pistil, by regulation the levels of transcription factors like the TCPs here revealed, involved with the control of cell proliferation.

O consumo de tabaco é uma das principais causas de doenças e morte prematuras no mundo; é a segunda droga mais consumida entre os adolescentes brasileiros, sendo considerado uma importante porta de entrada para o uso de drogas ilícitas. O Brasil é o segundo produtor mundial de tabaco e desde de 1993 destaca-se como o maior exportador. Os radionuclídeos naturais das séries do 232Th e 238U são encontrados no tabaco em baixas concentrações absorvidos diretamente do solo ou por deposição foliar. No ato de fumar ocorre a transferência desses radionuclídeos através da queima do tabaco para os tecidos e órgãos humanos podendo gerar lesões cancerígenas, sendo o mais relevante o câncer de pulmão. Existem poucos dados sobre a caracterização radiológica e elementar dos derivados do tabaco brasileiros, o que torna relevante o presente estudo que teve como objetivos a determinação da radioatividade natural e da concentração de elementos maiores e traços em derivados de tabaco produzidos e comercializados no Brasil. As técnicas analíticas empregadas foram alfa e beta total após separação radioquímica para os radionuclídeos 226Ra, 228Ra e 210Pb com determinação em detector proporcional de fluxo gasoso e baixa radiação de fundo, espectrometria alfa após separação radioquímica para o radionuclídeo 210Po, análise por ativação com nêutrons instrumental (INAA) e fluorescência por dispersão de raios X (EDXRF) para determinação de 238U, 232Th, elementos maiores e traços. Foram analisados produtos derivados da Nicotina tabacum L. de diferentes marcas adquiridas em tabacarias: cigarro não aromatizados, cigarro aromatizado, charuto, rapé, cigarro de palha e fumo de corda. Pela técnica de INAA foi possível determinar a concentração de 19 elementos e pela técnica de EDXRF de 31 elementos o que possibilitou uma ampla caracterização multielementar e as técnicas analíticas empregadas se mostraram complementares. Os elementos que apresentaram maiores valores de concentração foram o Ca e o K entre todas as amostras amostragem e entre todos os radionuclídeos naturais determinados o 228Ra apresentou maiores valores de concentração de atividade. A partir da concentração de atividade determinada foram calculadas a dose anual estimada e a dose anual efetiva para os radionuclídeos 210Pb e 210Po, levando-se em consideração um consumo anual de 3,65 kg de tabaco por ano. A dose anual efetiva variou de 69,5 μSv ano-1 à 121 μSv ano-1. Os produtos que apresentaram maiores valores de concentração e consequentemente maiores valores de dose anual efetiva, para a maioria dos radionuclídeos analisados, foram os cigarros de palha e fumos de corda. / Tobacco use is one of the leading causes of premature illness and death in the world; is the second most consumed drug among Brazilian adolescents, being considered an important gateway to the use of illicit drugs. Brazil is the second largest tobacco producer in the world and since 1993 it has been the largest exporter. The natural radionuclides from the 232Th and 238U series are found in tobacco at low concentrations absorbed directly from the soil or by foliar deposition. In the act of smoking occurs the transference of these radionuclides through the burning of the tobacco to the human tissues and organs and they can generate carcinogenic lesions, being the lung cancer the most relevant. There are few data on the elemental and radiological characterization of Brazilian tobacco products, which makes relevant the present study that had as objectives the determination of the natural radioactivity and the concentration of major and trace elements in tobacco products produced and marketed in Brazil. The analytical techniques employed were gross alpha and beta, after radiochemical separation for the radionuclides 226Ra, 228Ra and 210Pb with determination in a gaseous flow proportional detector of low background radiation, alpha spectrometry after radiochemical separation for the radionuclide 210Po, instrumental neutron activation analysis (INAA) and X-ray scattering fluorescence (EDXRF) for determination of 238U, 232Th, major and trace elements. Nicotine tabacum L. products from different brands acquired in cigar stores were analyzed: non-flavored cigarettes, flavored cigarettes, cigar, snuff, straw cigarettes and rope smoke. Using the INAA technique, it was possible to determine the concentration of 19 elements and with the EDXRF technique 31 elements, which enabled a wide multielementar characterization; the analytical techniques employed were complementary. The elements that presented the highest concentration values were Ca and K among all the samples and among all the natural radionuclides determined the 228Ra presented higher values of activity concentration. The estimated annual dose and annual effective dose for the 210Pb and 210Po radionuclides were calculated from the determined activity concentration, taking into account an annual consumption of 3.65 kg of tobacco per year. The effective annual dose ranged from 69.5 μSv y-1 to 121 μSv y-1. The products with the highest concentration values and hence the highest annual effective dose for the majority of the radionuclides analyzed were straw cigarettes and rope smoke.

Die Verfügbarkeit des Makroelementes Phosphor ist für Lebewesen eingeschränkt. Besonders bei der Pflanzenproduktion und der Tierernährung spielt die Phosphorverfügbarkeit eine wichtige Rolle bei der ökonomischen Nutzung der Ressourcen. In den Fokus der Wissenschaft zur Lösung des Phosphorproblems gerieten die Phytasen, da monogastrische Tiere nicht in der Lage sind das in den Pflanzensamen gespeicherte Phytat zu nutzen. Die gentechnische Veränderung von Pflanzen stellt eine effiziente Möglichkeit zur Produktion von phosphatfreisetzenden Enzymen, zur Erhöhung der Biomasseproduktion und zur Veränderung der Inhaltstoffe dar. In dieser Arbeit wurden erfolgreich transgene Pflanzen der Arten Nicotiana tabacum L. cv. Samsun und Hordeum vulgare L. cv. Golden Promise erzeugt, die in der Lage waren die Phytase aus Klebsiella sp. ASR1 bzw. aus Bacillus amyloliquefaciens FZB45 zu produzieren. Es wurde für jedes Protein eine Strategie zur Reinigung des aktiven Enzyms aus den verschiedenen Wirtsorganismen entwickelt und seine biochemischen Eigenschaften charakterisiert. Es wurde gezeigt, dass die β-Propeller-Phytase aus Bacillus im Gegensatz zur sauren Phytase aus Klebsiella durch die posttranslationale Modifikation teilweise ihre Eigenschaften ändert. Die Auswirkungen der heterologen Expression der Phytasen auf die Veränderung der Anteile von Phytinsäure und anorganischem Phosphor, in Relation zum gesamten Phosphor, in den Gerstensamen wurden untersucht. Es wurde eine Reduktion des Phytinsäuregehaltes um 19 % und eine Erhöhung des Gehalts anorganischem Phosphor zwischen 27 % und 78 nachgewiesen. Mit Hilfe von spezifischen Signalsequenzen gelang es die Phytaseproteine aus der Wurzel in das umgebende Medium zu sekretieren. Die Sekretion der Bacillus Phytase führte zu einer Steigerung der Biomasseproduktion von Nicotiana tabacum L. unter unsterilen Wachstumsbedingungen mit Phytat als einziger P-Quelle um 34 %. / Due to the bad availability of phosphorus in natural habitats the improvement of phosphorus accessibility to organisms became an important topic of research, particularly for agriculture and animal nutrition. In plant seeds phosphorus is bound to D-myo-inositol to form phytic acid that is indigestible for mono gastric animals. Therefore the use of phytases to hydrolyze the phytic acid and to mobilize the anorganic phosphorus came in focus to science. Genetic engineering gave the opportunity to improve the phosphorus availability. Genetic manipulation of plants is a suitable tool to produce phosphorus releasing enzymes, thereby increasing the biomass and decreasing the content of phytic acid in plants. In this work I generated transgenic plants of Nicotiana tabacum and Hordeum vulgare vulgare which successfully express the phytase gene phyK from Klebsiella pneumonia ASR1 and phyC from Bacillus amyloliquefaciens FZB42. Chromatographically purification strategies were developed and biochemical properties were characterized for all phytase proteins. All enzymes were active and PhyC was posttranslational modified. The effect of the recombinant phytase activity to total phosphorus, phytic acid and anorganic phosphorus content of barley seeds were elucidated. The phyK-expression in barley seeds yield a reduction of phytic acid content of about 19 % and an increase of anorganic phosphorus of about 78 %. Transgenic barley seeds with phyC gene expression show an increase of anorganic phosphorus content from 27 % to 48 % but no decrease in phytic acid content. In growth experiments no special phenotypes of plant containing the recombinant protein were visible. The insertion of apoplastic signal sequences in front of the phytase genes resulted in secretion of the proteins into the rhizosphere. The secretion of PhyC led to an improved growth of Nicotiana tabacum under unsterile conditions with sodium phytate as single phosphorus source increasing the biomass up to 34 %.

O consumo de tabaco é uma das principais causas de doenças e morte prematuras no mundo; é a segunda droga mais consumida entre os adolescentes brasileiros, sendo considerado uma importante porta de entrada para o uso de drogas ilícitas. O Brasil é o segundo produtor mundial de tabaco e desde de 1993 destaca-se como o maior exportador. Os radionuclídeos naturais das séries do 232Th e 238U são encontrados no tabaco em baixas concentrações absorvidos diretamente do solo ou por deposição foliar. No ato de fumar ocorre a transferência desses radionuclídeos através da queima do tabaco para os tecidos e órgãos humanos podendo gerar lesões cancerígenas, sendo o mais relevante o câncer de pulmão. Existem poucos dados sobre a caracterização radiológica e elementar dos derivados do tabaco brasileiros, o que torna relevante o presente estudo que teve como objetivos a determinação da radioatividade natural e da concentração de elementos maiores e traços em derivados de tabaco produzidos e comercializados no Brasil. As técnicas analíticas empregadas foram alfa e beta total após separação radioquímica para os radionuclídeos 226Ra, 228Ra e 210Pb com determinação em detector proporcional de fluxo gasoso e baixa radiação de fundo, espectrometria alfa após separação radioquímica para o radionuclídeo 210Po, análise por ativação com nêutrons instrumental (INAA) e fluorescência por dispersão de raios X (EDXRF) para determinação de 238U, 232Th, elementos maiores e traços. Foram analisados produtos derivados da Nicotina tabacum L. de diferentes marcas adquiridas em tabacarias: cigarro não aromatizados, cigarro aromatizado, charuto, rapé, cigarro de palha e fumo de corda. Pela técnica de INAA foi possível determinar a concentração de 19 elementos e pela técnica de EDXRF de 31 elementos o que possibilitou uma ampla caracterização multielementar e as técnicas analíticas empregadas se mostraram complementares. Os elementos que apresentaram maiores valores de concentração foram o Ca e o K entre todas as amostras amostragem e entre todos os radionuclídeos naturais determinados o 228Ra apresentou maiores valores de concentração de atividade. A partir da concentração de atividade determinada foram calculadas a dose anual estimada e a dose anual efetiva para os radionuclídeos 210Pb e 210Po, levando-se em consideração um consumo anual de 3,65 kg de tabaco por ano. A dose anual efetiva variou de 69,5 μSv ano-1 à 121 μSv ano-1. Os produtos que apresentaram maiores valores de concentração e consequentemente maiores valores de dose anual efetiva, para a maioria dos radionuclídeos analisados, foram os cigarros de palha e fumos de corda. / Tobacco use is one of the leading causes of premature illness and death in the world; is the second most consumed drug among Brazilian adolescents, being considered an important gateway to the use of illicit drugs. Brazil is the second largest tobacco producer in the world and since 1993 it has been the largest exporter. The natural radionuclides from the 232Th and 238U series are found in tobacco at low concentrations absorbed directly from the soil or by foliar deposition. In the act of smoking occurs the transference of these radionuclides through the burning of the tobacco to the human tissues and organs and they can generate carcinogenic lesions, being the lung cancer the most relevant. There are few data on the elemental and radiological characterization of Brazilian tobacco products, which makes relevant the present study that had as objectives the determination of the natural radioactivity and the concentration of major and trace elements in tobacco products produced and marketed in Brazil. The analytical techniques employed were gross alpha and beta, after radiochemical separation for the radionuclides 226Ra, 228Ra and 210Pb with determination in a gaseous flow proportional detector of low background radiation, alpha spectrometry after radiochemical separation for the radionuclide 210Po, instrumental neutron activation analysis (INAA) and X-ray scattering fluorescence (EDXRF) for determination of 238U, 232Th, major and trace elements. Nicotine tabacum L. products from different brands acquired in cigar stores were analyzed: non-flavored cigarettes, flavored cigarettes, cigar, snuff, straw cigarettes and rope smoke. Using the INAA technique, it was possible to determine the concentration of 19 elements and with the EDXRF technique 31 elements, which enabled a wide multielementar characterization; the analytical techniques employed were complementary. The elements that presented the highest concentration values were Ca and K among all the samples and among all the natural radionuclides determined the 228Ra presented higher values of activity concentration. The estimated annual dose and annual effective dose for the 210Pb and 210Po radionuclides were calculated from the determined activity concentration, taking into account an annual consumption of 3.65 kg of tobacco per year. The effective annual dose ranged from 69.5 μSv y-1 to 121 μSv y-1. The products with the highest concentration values and hence the highest annual effective dose for the majority of the radionuclides analyzed were straw cigarettes and rope smoke.