ERO são produzidas continuamente por organismos aeróbicos. Em situações de estresse, a produção de ERO é aumentada, podendo causar a morte celular. Para manter uma concentração ideal de ERO dentro da célula, as plantas desenvolveram um complexo sistema antioxidante para proteção das membranas celulares e organelas contra os efeitos danosos causados pela ação dessas ERO sobre os tecidos vegetais. A ascorbato peroxidase (APx) é uma das principais enzimas do sistema de detoxificação de ERO nas plantas, catalisando a conversão do peróxido de hidrogênio em água, usando o ascorbato como doador de elétrons. No arroz, oito genes codificam APx. As diferentes isoformas são classificadas de acordo com a localização subcelular em citosólicas (APx1 e APx2), peroxissomais (APx3 e APx4), mitocondriais (APx5 e APx6) e cloroplastídicas (APx7 e APx8). O desenvolvimento do presente trabalho teve como objetivo geral caracterizar funcionalmente os genes de APx em arroz (Oryza sativa) com o intuito de identificar a função dos diferentes membros dessa família no controle dos níveis de ERO na planta. Foi analisado o padrão de expressão dos genes que codificam as diferentes isoformas de APx em arroz cultivado sob condições de estresses abióticos tais como o tratamento com concentrações tóxicas de alumínio, frio, seca e exposição ao peróxido de hidrogênio exógeno. Utilizando a estratégia de silenciamento por RNA de interferência (RNAi), foram produzidas construções para o silenciamento simultâneo dos genes OsAPx5 e OsAPx6 e, também, para os genes OsAPx7 e OsAPx8. Adicionalmente, foram ainda geradas construções gênicas para o silenciamento individual dos genes OsAPx7 e OsAPx8. Linhagens de arroz contendo construções RNAi para o silenciamento individual de OsAPx7 e OsAPx8 apresentaram redução de cerca de 90% na expressão relativa destes genes quando comparadas com plantas nãotransformadas. Os oito membros da família gênica APx em arroz mostraram padrão de expressão diferencial frente às condições de estresse testadas, indicando um complexo modo de regulação desses genes. / Aerobic organisms continuously produce Reactive Oxygen Species (ROS). Under stress conditions ROS production is increased and can lead to cellular death. To keep the ideal concentration of ROS inside the cells, plants developed a complex antioxidant system to protect cellular membranes and organelles against harmful effects produced by the action of these ROS. Ascorbate peroxidase (APx) is a major enzyme of the ROS detoxification system in plants, catalyzing the conversion of hydrogen peroxide into water using ascorbate as electron donor. In rice (Oryza sativa), eight genes encode APx. The different isoforms are classified according to their subcellular localization in cytosolic (APx1 and APx2), peroxisomal (APx3 and APx4), mitochondrial (APx5 and APx6) or chloroplastidic (APx7 and APx8). The general aim when developing the present work was to functionally characterize the APx genes in rice in order to identify the function of different members of this family in the control of ROS levels in the plant cell. The expression pattern of genes encoding different isoforms of APx in rice was analyzed when plants were grown under abiotic stress conditions such as under the treatment with toxic concentrations of aluminum, cold, drought and exposition to exogenous hydrogen peroxide. Using the strategy of gene silencing by interference RNA (RNAi), were produced RNAi constructs to simultaneously silence the OsAPx5 and OsAPx6 genes, and also the OsAPx7 and OsAPx8 genes. In addition, it was produced constructs to individually silence the OsAPx7 and OsAPx8 genes. Rice lines carrying RNAi to silence OsAPx7 and OsAPx8 individually presented reduction of gene expression of about 90% when compared to the expression assayed in non-transformed plants. The eight genes coding APx presented different expression patterns in response to the stress conditions tested, indicating that these genes are under a complex mode of regulation.

SILVA, Maria Lílian dos Santos. Respostas fisiológicas e bioquímicas de plantas jovens de arroz tratadas com silício submetidas ao estresse salino. 2015. 79 f. Dissertação (Mestrado em Fitotecnia)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Anderson Silva Pereira (anderson.pereiraaa@gmail.com) on 2017-07-10T22:58:48Z No. of bitstreams: 1 2015_dis_mlssilva.pdf: 1021106 bytes, checksum: efdd4789636fc3d5290cb9a3bdc1cf8b (MD5) / Approved for entry into archive by Jairo Viana (jairo@ufc.br) on 2017-07-11T19:18:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_dis_mlssilva.pdf: 1021106 bytes, checksum: efdd4789636fc3d5290cb9a3bdc1cf8b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-11T19:18:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_dis_mlssilva.pdf: 1021106 bytes, checksum: efdd4789636fc3d5290cb9a3bdc1cf8b (MD5) Previous issue date: 2015 / Beneficial effects of fertilization with silicon have been observed in several plant species, especially when they are subjected to biotic and abiotic stress. Among the abiotic factors, the salinity of the soil has constituted one of the most serious problems for irrigated agriculture in many parts of the world. This studo aimed to analyze the influence of silicon in rice plants subjected to increasing levels of salinity. Plants were grown in nutrient solution containing NaCl and Si levels corresponding in a greenhouse of the Department of Biochemistry and Molecular Biology of the Federal University of Ceará. The experimental design was completely randomized with four replications, in a factorial 3 x 3, being used three levels of NaCl (0, 50 and 100 mM) and three levels of Si (0, 2 and 4.0 mM). After 15 and 30 days of the beginning of the application of the treatments analyzed: growth, gas exchange, chlorophyll and carotenoids, organic and inorganic solutes analysis and the activity of enzymes in oxidative stress (SOD, CAT, APX and GPX). Salinity reduced all growth variables analyzed, however the silicon was able to increase them as much in control as conditions in salt stress conditions. Si 4 mM gave significant increases in photosynthesis and chlorophyll b parameters of plants subjected to 100 mM NaCl in the two times of exposure to salt. The Na + ions, Cl- were increased by salt stress in leaves and roots, while K+ and NO3- ions were reduced, being only 15 days NO3- stress. However, plants growing in Si - to 2 mM had the lowest levels of Cl in the leaves under the two levels of salt stress and the two exposure times. The higher concentration of silicon in the middle of the reduced levels of Na + only 30 days sheets when subjected to 100 mM NaCl and favored NO3- increase in stressed plants. Overall the Si increased the proline content in plants under salt stress at 15 days of exposure to salt and provided increases in soluble proteins. The enzymatic antioxidant system of plants supplied with Si was more efficient, especially with the action of enzymes CAT, APX and GPX, contributing to the resistance of plants to abiotic stresses. Supplementation with Si was able to mitigate the effects of the salinity in rice plants. / Efeitos benéficos da adubação com silício têm sido observados em várias espécies vegetais, especialmente quando estas estão submetidas a estresse biótico ou abiótico. Dentre os fatores abióticos, a salinidade dos solos tem se constituído em um dos mais sérios problemas para a agricultura irrigada em diversas partes do mundo. Esse estudo teve como objetivo analisar a influência do silício em plantas de arroz submetidas a níveis crescente de salinidade. As plantas foram cultivadas em solução nutritiva contendo NaCl e Si em casa de vegetação pertencente ao Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular, da Universidade Federal do Ceará. O delineamento experimental adotado foi o inteiramente casualizado com quatro repetições, em esquema fatorial de 3 x 3, sendo utilizado três níveis de NaCl (0, 50 e 100 mM) e três níveis de Si (0, 2 e 4,0 mM). Após 15 e 30 dias do inicio da aplicação dos tratamentos analisou-se: crescimento, trocas gasosas, teor de clorofila e carotenóides, análises de solutos orgânicos e inorgânicos e a atividade das enzimas no estresse oxidativo (SOD, CAT, APX e GPX). A salinidade reduziu todas as variáveis de crescimento analisados, enquanto o silício foi capaz de atenuar essas reduções no nível intermediário de salinidade. O estresse salino reduziu as trocas gasosas das plantas enquanto o Si atenuou essas quedas somente no nível mais elevado de salinidade. Os íons Na+ e Cl¬- foram aumentados e os teores de K+ e NO3- reduzidos nas folhas e raízes das plantas submetidas a salinidade, com o Si atenuando o acúmulo excessiva de Na+ e Cl- na parte aérea das plantas aos 30 dias. Os carboidratos solúveis aumentaram com a salinidade, com quase nenhum efeito da nutrição com silício. O sistema antioxidante enzimático das plantas supridas com 2 mM Si foi mais eficiente, especialmente com a atividade das enzimas CAT, APX e GPX, colaborando para a tolerância das plantas ao estresse salino.

Os campos de arroz irrigado são ambientes propícios para a geração de uma alta biodiversidade já que estão circundados por habitats aquáticos e terrestres. Os insetos praga ocorrem em áreas de produção do arroz em todo o mundo, principalmente nos sistemas de plantio irrigado e de planícies pluviais, que apresentam temperatura e umidade favorável à proliferação dos mesmos. Dentre os inimigos naturais que atuam sobre populações de insetos praga no arroz, destacam-se os parasitoides. Visando compreender a dinâmica espaço-temporal destes insetos, os objetivos desse trabalho foram descrever e comparar assembleias de parasitoides em áreas de cultivo de arroz irrigado, mantidas no sistema orgânico de produção, sob dois manejos da vegetação das taipas e relacioná-los com os estádios fenológicos da cultura (plântula, vegetativo e reprodutivo) e na pós-colheita. As amostragens foram realizadas em cultivo localizado no Assentamento “Filhos de Sepé”, no distrito de Águas Claras, município de Viamão, RS. A área total de 18 ha foi subdividida em duas. Numa subárea, denominada não roçada (NR) a vegetação espontânea das taipas foi mantida, na outra, roçada (R), foram feitas roçadas mensais das taipas, desde o início do preparo da área para o plantio, até a colheita. Em cada subárea foram escolhidos dois quadros onde foram instaladas as armadilhas do tipo Malaise, quatro armadilhas por subárea. As coletas quinzenais ocorreram a partir do plantio do arroz, no final do mês de outubro de 2012, até a colheita, março de 2013. As armadilhas permaneciam montadas no campo, a cada ocasião de amostragem, por 24 horas. Foram coletados 3.184 himenópteros parasitoides, 2.038 indivíduos na subárea NR e 1.146 na R. Foram identificadas 458 morfoespécies, distribuídas em 24 famílias. Mymaridae se mostrou a família mais abundante e Eulophidae, a mais rica para ambas as subáreas. A curva de rarefação, plotando o número de morfoespécies registradas em relação ao número de indivíduos coletados, indica que a NR possui uma maior riqueza que a R. Das morfoespécies identificadas, 198 foram compartilhadas entre as subáreas, 203 exclusivas da NR e, 57 da R. As famílias com o maior número de espécies compartilhadas foram Platygastridae, Eulophidae e Mymaridae. A riqueza e a abundância de parasitoides variaram conforme os estádios fenológicos da cultura sendo o pico de abundância registrado no período vegetativo. O Índice de Morisita identificou três grupamentos indicando uma similaridade relacionada às fases da cultura, plântula, vegetativo e, na pós-colheita. Isso se deve à grande quantidade de morfoespécies compartilhadas entre as subáreas em cada fase. As maiores diferenças ocorrem no período reprodutivo, possivelmente devido a grande diferença entre a riqueza da subárea NR em relação à R. / Irrigated rice fields are ideal environments for generating high biodiversity, since they are surrounded by aquatic and terrestrial habitats. Pest insects occur in areas of rice production throughout the world, principally in irrigated plantation systems and in floodplains, which present temperature and humidity levels that favor their proliferation. Among the natural enemies that act upon populations of pest insects in rice fields, parasitoids are especially notable. To better understand the space-time dynamics of these insects, the objectives of this study were to describe and compare groups of parasitoids in irrigated rice field, with organic management using two different systems of leeves vegetation management, and relate them to the phenological stages of rice cultivation (seedling, vegetative, and reproductive) and in postharvest. The samples were taken in a plantation located on the “Filhos de Sepé” settlement in Águas Claras district, Viamão, RS. The total area of 18 ha was divided into two parts, a no-cut (NC) subarea and a cut (C) subarea. In the NC subarea, the spontaneous vegetation of the leeves was maintained, while in the C subarea, monthly cuts were made in the leeves vegetation, from the beginning of soil preparation until the harvest. In each subarea, four Malaise traps were installed. Collections occurred from the beginning of cultivation, at the end of October 2012, until harvest, in March 2013, twice a month. The traps remained assembled in the field for 24 hours at each sampling. A total of 3,184 Hymenoptera parasitoids were collected: 2,038 individuals in NC and 1,146 in C. We identified 488 morphospecies, distributed in 24 families. Mymaridae was the most abundant family and Eulophidae was the richest in both subareas. The rarefaction curve, plotting the number of morphospecies registered in relation to the number of individuals collected, indicates that NC possesses a greater richness than C. Of the identified morphospecies, 198 were overlaped between the subareas, while 203 were exclusive to NC and 57 to C. The families with the largest number of shared species were Platygastridae, Eulophidae e Mymaridae. The richness and abundance of parasitoids varied according to the phenological states of development, with the peak abundance registering in the vegetative period. The Morisita index identified three groupings, indicating a similarity relative to the three phases of rice growth and development: seedling, vegetative, and post-harvest. This is due to the large quantity of morphospecies overlaped between the subareas in each phase. The greatest differences occurred during the reproductive period, possibly due to the large difference between the richness of NC in relation to C.

CASTRO, J. L. S. A toxidade do ácido ascórbico em plantas de arroz silenciadas nas APXs cloroplásticas induz estresse oxidativo não dependente da fotossíntese. 2014. 79 f. Dissertação (Mestrado em Bioquímica) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Daniel Eduardo Alencar da Silva (dealencar.silva@gmail.com) on 2015-01-22T18:39:40Z No. of bitstreams: 1 2014_dis_jlscastro.pdf: 1579441 bytes, checksum: 4f35a992cef56b64959af93486c78676 (MD5) / Approved for entry into archive by José Jairo Viana de Sousa(jairo@ufc.br) on 2016-01-29T19:59:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_dis_jlscastro.pdf: 1579441 bytes, checksum: 4f35a992cef56b64959af93486c78676 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-29T19:59:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_dis_jlscastro.pdf: 1579441 bytes, checksum: 4f35a992cef56b64959af93486c78676 (MD5) Previous issue date: 2014 / Ascorbic acid (AA) is one of the most important antioxidants in plant protection against the oxidative stress generated by abiotic stresses. In animal cells, several works have shown that high concentrations of this acid can cause toxicity and cell death. The proposed mechanism is related to a pro-oxidant action by the reduction of Fe+3 to Fe+2 and by the action of this Fe+2 in the Fenton reaction with generation of reactive oxygen species (ROS). To the best of our knowledge, this mechanism has not been reported yet. The objective of this work was to elucidate toxicity mechanisms of high concentrations of AA in plants using rice mutants with deficiency (gene silencing) in two chloroplastic APX (stromal and thylakoidal) as model. Forty-five days old silenced plants and non-transformed (NT) were exposed to 10 mM (moderate concentration) and 50 mM (high concentration) of exogenous AA (sprayed on leaves). These concentrations were defined based on dose-dependent experiments from 0 to 50 mM using leaf segments in plates. In order to assess the protective effect (antioxidant) of the AA, plants and leaf segments were exposed to high light intensity (1000 µmol m-2 s 1) to induce photooxidative stress. AA concentrations higher than 30 mM induced oxidative stress (increase in the TBARS level) in leaf segments and this effect was enhanced by high light. In addition to the oxidative damage, these AA concentrations induced an increase in membrane damage (electrolytes leakage) and reduction in photosystem II integrity (Fv/Fm). Interestingly, the 10 and 20 mM concentrations did not mitigate the negative effects caused by the light excess. The high AA concentration (50 mM) induced leaf senescence under high light, indicated by the decrease in chlorophyll and carotenoids contents. Plants deficient in two chloroplast APX (APX7/8) displayed higher sensibility to AA toxicity, especially in combination with high light. These effects were indicated by exhibition of higher levels of TBARS (lipid peroxidation), electrolyte leakage, H2O2 and superoxide radical. Curiously, the transgenic plants under high AA concentrations did not exhibited differences for several photosynthetic parameters: CO2 assimilation rate and PSII (ΦPSII, ETR, NPQ e Fv/Fm) and PSI efficiency indicators (ΦPSI, ETR e P700), apart from the estimation of cyclic flux (CEF), compared with NT. Despite the AA toxicity have not changed the parameters of photosynthesis in APX-deficient plants, the sole presence of high light caused changes in some parameters of photochemical activity in these plants.The data set of this work shows that the excess of AA may cause toxicity in plants. The intensity of these effects is strongly enhanced by the excess of light but they are not dependent on photosynthesis. In this work, the roles of the two chloroplastic APX and/or high light on the AA toxicity still unclear, despite the deficient plants had showed increased sensibility. Apparently, the mechanism of AA toxicity in plants is similar to the proposed for animal cells.This antioxidant, when in excess, can act as a pro-oxidant stimulating Fenton reactions, inducing the accumulation of ROS and resulting oxidative stress. Further studies are needed to elucidate the role of the chloroplast APXs and high light on the toxicity of ascorbic acid in plants. / O ácido ascórbico (AA) é um dos antioxidantes mais importante na proteção das plantas contra o estresse oxidativo gerado por estresses abióticos. Em células animais, diversos trabalhos têm demonstrado que concentrações elevadas desse ácido podem causar toxicidade e morte celular. O mecanismo proposto é de uma ação pro-oxidante, por meio da redução de Fe+3para Fe+2 e ação desse último na reação de Fenton, com geração de espécies reativas de oxigênio (EROs). Até o nosso conhecimento, esse mecanismo ainda não foi relatado em plantas. O objetivo deste trabalho foi elucidar mecanismos de toxicidade de concentrações elevadas de AA em plantas, utilizando como modelo mutantes de arroz com deficiência (silenciamento gênico) nas duas APX de cloroplasto (estromal e tilacoidal). Plantas silenciadas e não transformadas (NT) com 45 dias de idade foram expostas a 10 mM (concentração moderada) e 50 mM (concentração elevada) de AA exógeno (pulverizado nas folhas). Essas concentrações foram definidas a partir de experimentos dose-dependente de 0 a 50 mM utilizando segmentos foliares em placa. No sentido de avaliar o efeito protetor (antioxidante) do AA, plantas e segmentos foliares foram expostos a intensidade de luz elevada (1000 µmol m-2 s-1) para induzir estresse fotoxidativo. Concentrações de AA acima de 30 mM induziram estresse oxidativo (aumento no nível de TBARS) em segmentos de folhas e esse efeito foi potencializado por luz elevada. Além de dano oxidativo, esses níveis de AA induziram aumento no dano de membrana (vazamento de eletrólitos) e redução na integridade do fotossistema II (Fv/Fm). É interessante notar que as concentrações de 10 e 20 mM de AA não mitigaram os efeitos negativos causados pelo o excesso de luz. A concentração elevada de AA (50 mM) induziu senescência foliar na presença de luz elevada, indicada por redução nos conteúdos de clorofilas e carotenoides. As plantas deficientes nas duas APXs de cloroplasto (APX7/8) apresentaram maior sensibilidade a toxicidade do AA, especialmente na combinação com luz elevada. Esses efeitos foram indicados por exibirem maiores níveis de TBARS (peroxidação lipídica), vazamento de eletrólitos, H2O2e radical superóxido. Curiosamente, as plantas mutantes na presença de AA elevadonão apresentaram diferenças em diversos parâmetros da fotossíntese: taxa de assimilação de CO2 e indicadores de eficiência doFSII (ΦPSII, ETR, NPQ e Fv/Fm) e FSI (ΦPSI, ETR e P700), além da estimativa do fluxo cíclico (CEF), quando compradas com as NT. A despeito da toxicidade de AA não ter alterado os parâmetros da fotossíntese nas plantas deficientes em APX, a presença de luz elevada, isoladamente, causou mudanças em alguns parâmetros da atividade fotoquímica nessas plantas. O conjunto dos dados deste trabalho mostra que o excesso de AA pode causar toxicidade em plantas. A intensidade desses efeitos é fortemente potencializada pelo excesso de luz, mas eles não são dependentes da fotossíntese. O papel das duas APXs de cloroplasto e da luz elevada na toxicidade de AA não ficou claro neste trabalho, apesar das plantas deficientes terem mostrado maior sensibilidade. Aparentemente, o mecanismo de toxicidade de AA em plantas é semelhante ao proposto para células animais. Esse antioxidante quando em excesso pode atuar como pro-oxidante estimulando as reações de Fenton, induzindo a acumulação de EROs e gerando estresse oxidativo. Novos estudos são necessários para elucidar o papel das APXs de cloroplasto e da luz elevada na toxicidade de ácido ascórbico em plantas.

MELO, Y. L. Peroxidase de glutationa mitocondrial de arroz é crucial para o crescimento por favorecer a fotossíntese. 2014. 117 f. Dissertação (Mestrado em Bioquímica) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Daniel Eduardo Alencar da Silva (dealencar.silva@gmail.com) on 2015-01-22T17:42:54Z No. of bitstreams: 1 2014_dis_ylmelo.pdf: 6067582 bytes, checksum: be5b09fa2800bd3873636265849aad8b (MD5) / Approved for entry into archive by José Jairo Viana de Sousa(jairo@ufc.br) on 2016-01-29T20:38:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_dis_ylmelo.pdf: 6067582 bytes, checksum: be5b09fa2800bd3873636265849aad8b (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-29T20:38:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_dis_ylmelo.pdf: 6067582 bytes, checksum: be5b09fa2800bd3873636265849aad8b (MD5) Previous issue date: 2014 / The physiological role of glutathione peroxidases (GPX) in plant mitochondria is little known. Their relations with the photosynthesis are unknown, even more in presence of salt stress. This enzyme have great importance in H2O2 and organic hydroperoxides scavenging, contributing in oxidative protection and redox homeostasis. In this study, silenced rice mutants in OsGPX1 and OsGPX3 genes, coding for the mitochondrial proteins, were used to better understand the physiological mechanisms of the role of this protein in growth and photosynthesis. Additionally, these processes were also studied in salt stress conditions with the plants silenced in OsGPX1. The results show, for the first time, that the lacking of a mitochondrial GPX is capable of restricting plant growth by impairment in photosynthesis. This response might be an indirect consequence of changes in gene and metabolic networks trigged by alterations in H2O2 (raised) and/or reduced glutathione (diminished). It is likely that the altered redox state in mitochondria by GPX effects can improve photosynthesis through cross-talk between this organelle and chloroplasts by yet unknown mechanisms. Furthermore, the OsGPX1 gene showed significant role in stomatal control, which is crucial to the water use efficiency under salt stress conditions. The mitochondrial GPX also seems to be involved with dissipation of excess light energy as heat (NPQ) in photosystem II apparatus and in photorespiratory pathway. In conclusion, the OsGPX1 gene, associated with it protein product and changes in gene and metabolic networks, are essential to rice growth by improvement of photosynthesis, especially at light use efficiency level involving photosystem II activity and CO2 quantum efficiency in normal and growth conditions. Additionally, GPX1 seems to be less important to salt stress tolerance. / O papel fisiológico das peroxidases de glutationa (GPX) da mitocôndria em plantas é muito pouco conhecido. Suas relações com a fotossíntese são desconhecidas, ainda mais na presença de estresse salino. Essa enzima possui grande importância na remoção de H2O2 e hidroperóxidos orgânicos, contribuindo na proteção oxidativa e na homeostase redox. Neste estudo, mutantes de arroz silenciados nos genes OsGPX1 ou OsGPX3, das proteínas mitocondriais, foram utilizados para entender os mecanismos fisiológicos do papel dessa enzima no crescimento e fotossíntese. Adicionalmente, estes processos foram estudados também em condições de estresse salino para as plantas silenciadas em OsGPX1. Os resultados mostram, pela primeira vez, que a deficiência de uma GPX mitocondrial é capaz de restringir o crescimento vegetal por deficiência na fotossíntese. Este efeito deve ser causado indiretamente por mudanças nas redes genéticas e metabólicas desencadeadas por alterações nos níveis de H2O2 (aumentado) e/ou glutationa reduzida (diminuída). É provável que o estado redox alterado em mitocôndrias pelo efeito da GPX possa aumentar a fotossíntese através da comunicação entre esta organela e cloroplastos por mecanismos ainda não estabelecidos. Além disso, o gene OsGPX1 mostrou ter papel significativo no controle do movimento estomático, que é crucial para a eficiência do uso da água sob condição de estresse salino. As GPX mitocondriais também parecem estar envolvidas com a dissipação do excesso de energia luminosa na forma de calor (NPQ) no aparato do fotossistema II e na rota da fotorrespiração. Em conclusão, o gene OsGPX1, associado com seu produto proteico e mudanças desencadeadas nas redes metabólicas e gênicas, são essenciais para o crescimento de arroz pelo aumento da fotossíntese, especialmente a nível de eficiência de uso da luz envolvendo atividade do fotossistema II e eficiência quântica do CO2 em condições normais de crescimento. Adicionalmente, a GPX1 aparenta mostrar uma importância menor para a resistência ao estresse salino.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:19:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 327720.pdf: 1293020 bytes, checksum: 6a6235418b8a8a3ccefd506397b291ce (MD5) Previous issue date: 2013 / Uma das maiores dificuldades no processamento do óleo de arroz para fins comestíveis são os seus elevados níveis de ceras, gomas e pigmentos. Isso faz com que a maior parte do óleo de arroz não seja utilizado em aplicações alimentares. A utilização do óleo de arroz como matéria-prima para o desenvolvimento de novos produtos pode ser uma alternativa de agregação de valor comercial gerando renda aos produtores. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de dois tipos de graxa lubrificante, a primeira obtida a através de um resíduo do processamento do óleo de arroz (Oryza sativa L.) e a segunda com o óleo degomado de arroz, sendo esta última classificada como graxa lubrificante de grau alimentício. Inicialmente foram avaliadas as propriedades reológicas de três tipos de diferentes óleos do processamento do óleo de arroz (óleo bruto, óleo degomado e o resíduo da destilação da borra de neutralização - RDBN). Segundo este estudo o único dos três óleos avaliados que se mostrou reologicamente instável foi o óleo bruto de arroz. Sendo assim, foram desenvolvidos dois tipos de graxas lubrificantes, a primeira com o RDBN e a segunda com o óleo degomado de arroz. Para avaliar a qualidade das graxas, foram aplicados testes físico-químicos, de estabilidade mecânica, térmicos, análises de espectroscopia no infravermelho e análises reológicas. As graxas lubrificantes produzidas a partir do óleo degomado de arroz e o RDBN e argila bentonita apresentaram estabilidade mecânica apropriada como biolubrificantes. Por fim, realizou-se o teste de estabilidade termo-oxidativa nas graxas desenvolvidas no trabalho. Ao contrário do que está descrito na literatura, o tempo que as amostras permaneceram na estufa foi benéfico à estabilidade química das graxas, mas necessita-se de mais estudos para afirmar este fato.<br>

Orientador : Prof. Dr. Luis Amilton Foerster / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Zoologia. Defesa: Curitiba, 31/07/2014 / Inclui referências / Area de concentração: Zoologia / Resumo: O arroz, em seu processo evolutivo adaptou-se aos mais variados ambientes, no entanto, diversos mecanismos causam a reducao da producao deste grao. Entre esses fatores, os insetos-pragas se destacam como responsaveis por grande parte das perdas que vao desde a germinacao ate a colheita. Todavia, as informacoes sobre os organismos que ocorrem em plantacoes de arroz, sao quase que exclusivamente para culturas de arroz irrigado, sendo os dados para o arroz de terras altas, ainda incipientes, principalmente nas regioes de maior utilizacao deste tipo de cultivo (Centro-Oeste, Norte e Nordeste do Brasil). Assim, essa tese teve como objetivos realizar o levantamento da entomofauna presente em cultura de arroz de terras altas, verificar os niveis de danos das principais pragas encontradas, e propor estrategias alternativas ao controle quimico, utilizando plantas fitoinseticidas. O levantamento e os experimentos de campo foram realizados na fazenda Florentino, municipio de Novo Progresso, sudoeste do estado do Para. O inventario da artropodofauna mostrou que o complexo dos principais artropodes encontrados condiz com o que ja se conhece para outras regioes produtoras de arroz no Brasil, principalmente pelos padroes e flutuacoes populacionais observados para os lepidopteros e pentatomideos pragas. Alem disso, registrou-se pela primeira vez o percevejo fitofago, Hypatropis inermis se alimentando de colmos de arroz, e um novo genero de percevejo predador novo para a ciencia (Pentatomidae, Asopinae). Os experimentos de simulacao do ataque de pragas desfolhadoras propiciaram a mensuracao do nivel de desfolha que a cultura pode suportar em determinado estadio fenologico e tambem permitiu quantificar a perda de produtividade. Estes dados podem ser utilizados para reduzir os custos do controle quimico, pois mostraram que para o arroz de terras altas, as desfolhas quando ocorrem principalmente no estadio vegetativo, requerem uma alternativa de controle. Nos experimentos em campo, para a avaliacao dos danos ocasionados pelos principais percevejos-pragas, mostrou que a alimentacao do percevejo-do-colmo, Tibraca limbativentris, afetou o tempo para liberacao da panicula, aumentou o numero de coracoes mortos e paniculas brancas, e afetou a quantidade de sementes produzidas, quando a alimentacao aconteceu na fase vegetativa. Considerando os danos observados, sugere-se que se mantenha o nivel de infestacao ja relatado na literatura para a tomada de decisao para o controle e acrescenta-se que o monitoramento da lavoura deve ocorrer durante todo o estagio vegetativo, uma vez que foi nesta fase fenologica que os maiores danos foram observados. Ja a alimentacao do percevejo-das-paniculas, Oebalus poecilus, mostrou que no arroz de terras altas, os graos de arroz sao suscetiveis aos danos quantitativos (quantidade e peso dos graos) e qualitativos (graos manchados, atrofiados, gessados e quebrados) ao longo de todo o desenvolvimento das paniculas. Todavia, quando os insetos se alimentam durante as fases de antese/cariopse e leitosa ocasionam porcentuais significativamente maiores de graos vazios (ate 83%) do que quando se alimentaram de graos em fases posteriores de desenvolvimento da panicula. Esta caracteristica tambem foi observada para a reducao do peso dos graos. Os experimentos visando encontrar uma alternativa biorracional para o controle dos principais percevejos-pragas, teve como objetivo verificar a acao ovicida e ninficida de oleos essenciais de diferentes partes vegetais de Piper aduncum, P. gaudichaudianum, P. malacophyllum, P. marginatum e P. tuberculatum (Piperaceae) sobre o percevejo-do-colmo do arroz. Os resultados mostraram que quase todas as especies de Piperaceae apresentaram atividade fitoinseticida. Esta caracteristica pode estar relacionada com a potencial toxicidade dos principais compostos quimicos encontrados em cada especie e parte vegetal, com destaque para os compostos dilapiol, miristicina, cubebene, ƒ¿-guaiene, longifolene, prezizane, spathulenol, sabinene e ƒÂ-2-carene. No geral, os resultados aprentados nessa tese podem beneficiar produtores e outros pesquisadores, permitindo-lhes concentrar os esforcos de monitoramento de diversas pragas de arroz de terras altas, para tomadas de decisoes mais bem informadas sobre quando e quais medidas de controle devem ser aplicadas. Palavras chave: Fitoinseticidas, Tibraca limbativentris, Oebalus poecilus, Hypatropis inermis, Piperaceae, pragas do arroz. / Abstract: Rice, in its evolutionary process adapted itself to various environments, however, several mechanisms cause reductions in grain production. Among these factors, insect-pests stand out as being responsible for much of the losses, that extend from germination to harvest. However, information about insects found in rice paddies, are almost exclusively for irrigated rice crops and the data for upland rice are still incipient, particularly in regions of higher cultivation of this crop type (Central West, North and Northeast of Brazil). Thus, the aims of this thesis was to perform a survey of the entomofauna of upland rice, evaluate the levels of damage of the main pests and propose alternative strategies to chemical control, using phytoinsecticides. The survey and the experiments on damage were conducted in Florentino farm, municipality of Novo Progresso, southwest region of Para state, Brazil. The survey showed that the complex of the main arthropods found is in agreement with what is already known for other rice producing regions in Brazil, mainly in relation to the distribution patterns and population fluctuations observed for lepidopteran and pentatomids. Furthermore, Hypatropis inermis (Pentatomidae, Pentatominae) was recorded for the first time feeding on rice stems and a new genus of predatory stinkbug (Pentatomidae, Asopinae) was collected. The experiments on simulation of defoliating pest attack enabled the measurement of the level of defoliation that the crop can support at different growth stages and also allowed to quantify the loss of productivity. These data can be used to reduce the cost of chemical control, since they showed that for upland rice, the defoliation during the vegetative stage, requires control measures. Field experiments to assess the damage caused by major stinkbug pests, showed that damage caused by the stem-feeding stinkbug Tibraca limbativentris, affected the time to panicle liberation, the number of dead hearts and white panicles, and decreased the amount of seed oduced when the damage was caused in the vegetative stage. Considering the damage observed, it is suggested to maintain the level of infestation already reported in the literature for the decision-making to control T. limbativentris and it is proposed that the monitoring of the crop should be done throughout the vegetative stage, since it was at this phenological stage that the greatest damage was observed. The feeding of the-panicle stimkbug, Oebalus poecilus, showed that in upland rice the grains of rice are susceptible to quantitative damage (number and grain weight) and qualitative (stained , shriveled, chalky and broken graims) in any phase of panicle development . However, when the insects feed during anthesis/caryopsis and milky phases cause am higher percentage of empty grains (up 83%) than when fed on grains at later stages of panicle development. This feature was also observed for the reduction of the weight of the grains. Experiments to find a biorracional alternative for the control of major stinkbug-pests, aimed to verify the ovicidal and nymphicidal action of essential oils from Piper aduncum, P. gaudichaudianum, P. malacophyllum, P. marginatum e P. tuberculatum (Piperaceae) against the stinkbugs-of-stem rice. The results showed that almost all Piperaceae species presented phyto-insecticide active. This characteristic may be related to the potential toxicity of the major chemical compounds found on each species of plant and especially for the compounds dilapiolle, myristicin, cubebene, ƒ¿-guaiene, longifolene, prezizane, spathulenol, sabinene and ƒÂ-2-carene. Overall, the information presented in this thesis can benefit producers and other researchers, enabling them to concentrate monitoring efforts of various pests of upland rice, for decision making better informed on when and what control measures should be applied. Keywords: Phyto-insecticides, Tibraca limbativentris, Oebalus poecilus, Hypatropis inermis, Piperaceae, rice pests.

ERO são produzidas continuamente por organismos aeróbicos. Em situações de estresse, a produção de ERO é aumentada, podendo causar a morte celular. Para manter uma concentração ideal de ERO dentro da célula, as plantas desenvolveram um complexo sistema antioxidante para proteção das membranas celulares e organelas contra os efeitos danosos causados pela ação dessas ERO sobre os tecidos vegetais. A ascorbato peroxidase (APx) é uma das principais enzimas do sistema de detoxificação de ERO nas plantas, catalisando a conversão do peróxido de hidrogênio em água, usando o ascorbato como doador de elétrons. No arroz, oito genes codificam APx. As diferentes isoformas são classificadas de acordo com a localização subcelular em citosólicas (APx1 e APx2), peroxissomais (APx3 e APx4), mitocondriais (APx5 e APx6) e cloroplastídicas (APx7 e APx8). O desenvolvimento do presente trabalho teve como objetivo geral caracterizar funcionalmente os genes de APx em arroz (Oryza sativa) com o intuito de identificar a função dos diferentes membros dessa família no controle dos níveis de ERO na planta. Foi analisado o padrão de expressão dos genes que codificam as diferentes isoformas de APx em arroz cultivado sob condições de estresses abióticos tais como o tratamento com concentrações tóxicas de alumínio, frio, seca e exposição ao peróxido de hidrogênio exógeno. Utilizando a estratégia de silenciamento por RNA de interferência (RNAi), foram produzidas construções para o silenciamento simultâneo dos genes OsAPx5 e OsAPx6 e, também, para os genes OsAPx7 e OsAPx8. Adicionalmente, foram ainda geradas construções gênicas para o silenciamento individual dos genes OsAPx7 e OsAPx8. Linhagens de arroz contendo construções RNAi para o silenciamento individual de OsAPx7 e OsAPx8 apresentaram redução de cerca de 90% na expressão relativa destes genes quando comparadas com plantas nãotransformadas. Os oito membros da família gênica APx em arroz mostraram padrão de expressão diferencial frente às condições de estresse testadas, indicando um complexo modo de regulação desses genes. / Aerobic organisms continuously produce Reactive Oxygen Species (ROS). Under stress conditions ROS production is increased and can lead to cellular death. To keep the ideal concentration of ROS inside the cells, plants developed a complex antioxidant system to protect cellular membranes and organelles against harmful effects produced by the action of these ROS. Ascorbate peroxidase (APx) is a major enzyme of the ROS detoxification system in plants, catalyzing the conversion of hydrogen peroxide into water using ascorbate as electron donor. In rice (Oryza sativa), eight genes encode APx. The different isoforms are classified according to their subcellular localization in cytosolic (APx1 and APx2), peroxisomal (APx3 and APx4), mitochondrial (APx5 and APx6) or chloroplastidic (APx7 and APx8). The general aim when developing the present work was to functionally characterize the APx genes in rice in order to identify the function of different members of this family in the control of ROS levels in the plant cell. The expression pattern of genes encoding different isoforms of APx in rice was analyzed when plants were grown under abiotic stress conditions such as under the treatment with toxic concentrations of aluminum, cold, drought and exposition to exogenous hydrogen peroxide. Using the strategy of gene silencing by interference RNA (RNAi), were produced RNAi constructs to simultaneously silence the OsAPx5 and OsAPx6 genes, and also the OsAPx7 and OsAPx8 genes. In addition, it was produced constructs to individually silence the OsAPx7 and OsAPx8 genes. Rice lines carrying RNAi to silence OsAPx7 and OsAPx8 individually presented reduction of gene expression of about 90% when compared to the expression assayed in non-transformed plants. The eight genes coding APx presented different expression patterns in response to the stress conditions tested, indicating that these genes are under a complex mode of regulation.

O arroz é o alimento base para metade da população mundial. Entretanto, é uma fonte pobre em micronutrientes essenciais como Fe e Zn, que são removidos durante o processamento do grão para produção de alimento. Por essa razão, populações cujas dietas baseiam-se principalmente em arroz estão sujeitas à deficiência de Fe e Zn, que são as deficiências nutricionais mais comuns no mundo, afetando mais de dois bilhões de pessoas. Uma vez que as folhas-bandeira são uma das fontes de remobilização de metais para os grãos em desenvolvimento, a identificação dos mecanismos moleculares que contribuem no processo de transporte de metais das folhas-bandeira para os grãos pode ser útil em programas de biofortificação. Dessa forma, utilizamos duas abordagens diferentes para estudar esta questão. Primeiro, realizamos uma análise por hibridização subtrativa supressora (SSH) em folhas-bandeira de duas cultivares de arroz e isolamos 78 sequências induzidas no estágio de enchimento do grão (R5) em relação ao estágio de emergência da panícula (R3). A expressão diferencial de alguns genes selecionados (entre eles do fator de transcrição OsNAC5) foi confirmada por PCR quantitativo. Mostramos que a expressão de OsNAC5 é ativada em processos de senescência natural (envelhecimento) e induzida (escuro, aplicação de ABA, alta salinidade, frio e deficiência de Fe) e sua expressão não é afetada na presença de 6- benzilaminopurina (um inibidor de senescência) em condição de senescência induzida por escuro. A indução da expressão de OsNAC5 sob alta salinidade é abolida por nicotinamida, um inibidor dos efeitos do ABA. Este resultado e a presença de elementos cis-atuantes na região promotora do gene OsNAC5 sugere uma regulação dependente de ABA. Utilizando quatro diferentes cultivares de arroz, mostramos que a indução de OsNAC5 é maior e antecipada em folhas-bandeira e panículas de plantas da cultivar IR75862, que possui as maiores concentrações de Fe, Zn e proteínas nas sementes. Dessa forma, sugerimos que OsNAC5 é um fator de transcrição do tipo NAC dependente de ABA e associado à senescência, e sua função pode estar relacionada à remobilização de Fe, Zn e aminoácidos dos tecidos verdes para os grãos. Posteriormente, analisamos a expressão de 25 genes de arroz relacionados à homeostase de metais em folhas-bandeira de oito cultivares de arroz (com níveis contrastantes de Fe e Zn nos grãos) durante os estágios de emergência da panícula (R3) e enchimento do grão (R5). Nove destes genes (OsYSL6, OsYSL8, OsYSL14, OsNRAMP1, OsNRAMP7, OsNRAMP8, OsNAS1, OsFRO1 e OsNAC5) apresentaram correlação significativa entre os níveis de expressão em folhas-bandeira e as concentrações de Fe e Zn nas sementes. Assim, nosso estudo forneceu uma pequena lista de possíveis genes-alvo para manipulação da concentração de Fe e Zn em grãos de arroz. / Rice is the staple food for half of the world population. However, it is a poor source of essential micronutrients such as Fe and Zn, most of which are lost during grain processing for food production. For this reason, populations with monotonous diets consisting mainly of rice are especially prone to Fe and Zn deficiency, which are the most common and widespread nutritional disorders in the world, affecting more than 2 billion people. Since flag leaves are one of the sources of remobilized metals for developing seeds, the identification of the molecular players that might contribute to the process of metal transport from flag leaves to the seeds may be useful for biofortification purposes. In this way, we used two different appraches to address this issue. First, we conducted suppression subtractive hybridization (SSH) analysis in flag leaves of two rice cultivars and isolated 78 sequences up-regulated in flag leaves at the grain filling stage (R5) relative to the panicle exertion stage (R3). Differential expression of selected genes (including the OsNAC5 transcription factor) was confirmed by quantitative RT-PCR. We showed that OsNAC5 expression is up-regulated by natural (aging) and induced senescence processes (dark, ABA application, high salinity, cold and Fedeficiency) and its expression is not affected in the presence of 6-benzylaminopurine (a senescence inhibitor) under dark-induced senescence. Salt induction of OsNAC5 expression is abolished by nicotinamide, an inhibitor of ABA effects. This result and the presence of cis-acting elements in the promoter region of the OsNAC5 gene suggest an ABA-dependent regulation. Using four different rice cultivars, we showed that OsNAC5 up-regulation is higher and earlier in flag leaves and panicles of IR75862 plants, which have higher seed concentrations of Fe, Zn and protein. We suggest that OsNAC5 is a novel senescenceassociated ABA-dependent NAC transcription factor and its function could be related to Fe, Zn and amino acids remobilization from green tissues to seeds. We also analyzed the expression of 25 metal-related genes from rice in flag leaves of eight rice cultivars (showing contrasting levels of seed Fe and Zn) during panicle emergence (R3) and grain filling stage (R5). The expression level of nine of these genes (OsYSL6, OsYSL8, OsYSL14, OsNRAMP1, OsNRAMP7, OsNRAMP8, OsNAS1, OsFRO1 and OsNAC5) in flag leaves exhibited significant correlations with Fe and/or Zn concentrations in the seeds. In this way, our study has provided a short list of putative target genes to manipulate Fe and Zn concentrations in rice grains.

Os agrupamentos ferro-enxofre [Fe-S] são grupos prostéticos requeridos em processos essenciais como respiração, fotossíntese, reações metabólicas, sinalização e regulação gênica. Em plantas, a biossíntese das proteínas Fe-S é compartimentalizada e adaptada às necessidades de uma célula eucariótica fotossintetizante. Diversos fatores ambientais afetam o desenvolvimento das plantas e limitam sua produtividade. Dentre esses organismos afetados encontram-se a soja e o arroz, culturas de grande importância comercial no Brasil e no mundo. Foram analisados, pelo método de RT-qPCR, os perfis de expressão dos genes que codificam a enzima cisteína desulfurase NFS1 e NFS2 de ambas as espécies, participantes da rota de formação dos cofatores [Fe-S] mitocondriais e plastídicos, respectivamente. Para Oryza sativa ssp. indica e ssp. japonica, as análises permitiram mostrar uma distribuição diferencial dos transcritos entre órgãos. OsNFS1 apresenta maiores níveis de transcritos tanto em raiz quanto em folha, enquanto OsNFS2 apresentou maiores níveis de transcritos em folha do que em raiz. A resposta destes genes ao frio (24 h a 4ºC) difere entre as subespécies. Na ssp. japonica, os dois genes são induzidos em ambos os tecidos. Para a ssp. indica há redução dos níveis de mRNA de NFS1 e aumento de NFS2 em folhas, e não há respostas em raízes. Nos tratamentos com alumínio na ssp. japonica, há redução dos níveis de mRNA de ambos os genes nas raízes, enquanto não há resposta na parte aérea. As análises em Glycine max, organismo que apresenta duplicação dos genes, permitiram demonstrar que a modulação destes é realizada de maneira diferencial. Em raiz, o tratamento com frio (5 h, 10 h e 24 h a 4ºC) promoveu a redução dos níveis de mRNA de uma das cópias de NFS1 e a indução da outra, enquanto os genes codificadores de NFS2 foram reprimidos. Em folha, o mesmo tratamento induziu uma das cópias de NFS1 e uma de NFS2, enquanto que as outras oscilaram em nível bem inferior de expressão. A exposição de G. max ao ácido salicílico induz a modulação dos genes mitocondriais, aumentando os níveis de mRNA em raízes e reprimindo-os em folhas. As análises dos cis-elementos permitiram mostrar a correlação destes com os dados encontrados em RT-qPCR. Desta maneira, tanto em arroz quanto em soja, a cisteína desulfurase parece ser modulada por diferentes estresses, possuindo padrões diferenciados conforme o órgão e o gene. / Iron-sulfur [Fe-S] clusters are prosthetic groups required to maintain life processes including respiration, photosynthesis, metabolic reactions, sensing, signaling and, gene regulation. In plants the biogenesis of Fe-S protein is compartmentalized and adapted to specific needs of the eukaryotic and photosynthetic cell. Many environmental factors affect plant development and limit the productivity and the geographical distribution. Among those affected organisms are soybean and rice, crops with huge economic importance worldwide. Here we analyze the expression profile of cysteine desulfurase genes NFS1 and NFS2, involved in the biogenesis of [Fe-S] clusters in mitochondria and plastid, respectively, from both species, by RT-qPCR. Analysis of Oryza sativa ssp. indica and ssp. japonica showed a differential expression between organs, OsNFS1 has a higher expression in roots and leaves than OsNFS2, and OsNFS2 is more expressed in leaves than in roots. Rice subspecies exhibited different responsiveness to cold. The japonica ssp. increased transcript level from both genes in both organs, while ssp. indica decreased OsNFS1 and increased OsNFS2 expressions in leaves, and did not change the expression pattern in roots. Rice ssp. japonica showed a decrease in OsNFS1 and OsNFS2 transcript levels in root, while leaves did not change, under aluminum stress. Soybean analysis, which presents duplication of both genes, demonstrated particular transcript levels considering organ and stress response. GmNFS1 had a high expression in roots, while GmNFS2 did not differ between organs. Cold-treated plants (0, 5, 10 and 24h at 4°C) showed a decrease in cysteine desulfurases transcript level in roots, and an increase in leaves. Plants treated with salicylic acid increased GmNFS1 transcript level in roots, and decreased in leaves. Besides that, an analysis of promoter regions showed the presence of different cis-elements among cysteine desulfurase genes, corroborating with differential expression of each loci. Our results suggest that cysteine desulfurases, in rice and soybean, may be involved in stress response, being modulated by different stimuli according to organ and gene.