O arroz (Oryza sativa L.) está entre as culturas mais importantes do mundo, tanto em valores de produção quanto em contribuição para a alimentação humana. A mancha parda, causada pelo fungo Bipolaris oryzae, destaca-se entre as principais doenças que afetam o arroz por reduzir a produtividade das lavouras e a qualidade dos grãos colhidos, colocando em risco a segurança alimentar de mais da metade da população mundial. O biocontrole de doenças como a mancha parda apresenta-se como uma alternativa mais sustentável em comparação ao controle químico que, por sua vez, apresenta elevados custos financeiro e ambiental. Os objetivos desse trabalho foram isolar micro-organismos antagonistas de solo com potencial de utilização no biocontrole da mancha parda, elucidar alguns dos mecanismos de ação ocorrentes no antagonismo entre os micro-organismos isolados e B. oryzae, avaliar os efeitos dos filtrados de cultivos dos micro-organismos isolados sobre o desenvolvimento do fitopatógeno e avaliar a eficácia dos micro-organismos isolados no controle da mancha parda em folhas de arroz. Dois micro-organismos antagonistas foram selecionados pela capacidade de produzirem metabólitos que inibem o crescimento de outros micro-organismos. Os antagonistas foram identificados como Paecilomyces lilacinus e Bacillus amyloliquefaciens ou B. methylotrophicus (o fragmento sequenciado de gDNA apresentou nível idêntico de similaridade para ambas as espécies), micro-organismos já utilizados na formulação de produtos biológicos para o controle de doenças de plantas. Bacillus spp. e P. lilacinus inibiram o crescimento micelial de B. oryzae em 52,5% e 37,3%, respectivamente, em ensaio de pareamento de culturas. Ambos os micro-organismos isolados foram capazes de inibir, também, o crescimento de outros importantes fitopatógenos como Magnaporthe oryzae, Sclerotinia sclerotiorum e Phytophthora infestans. Além dos metabólitos dissolvidos no meio de cultivo, foi verificada a produção de compostos orgânicos voláteis (COVs) pelos antagonistas. Bacillus spp. e P. lilacinus produziram COVs que reduziram o crescimento de B. oryzae em 19,3% e 20,6% respectivamente. Os filtrados de cultivo de Bacillus spp. e P. lilacinus apresentaram efeito fungistático sobre o desenvolvimento de B. oryzae. O filtrado da bactéria inibiu o crecimento, a esporulação e a germinação daquele patógeno em 74,7%, 94,2% e 100% respectivamente. O filtrado do fungo, por sua vez, foi capaz apenas de reduzir o crecimento micelial do patógeno (39,4%). Os metabólitos produzidos por Bacillus spp. demonstraram ser foto e termoestáveis; enquanto que os produzidos por P. lilacinus perderam sua atividade inibitória na presença de luz ultravioleta de comprimento longo. O biocontrole da mancha parda foi avaliado em segmentos de folhas de arroz tratadas, separadamente, com suspensão de células e esporos de Bacillus spp. e P. lilacinus respectivamente, e em seguida inoculadas com esporos de B. oryzae. Não houve redução da incidência e da severidade da doença através do tratamento de segmentos de folhas de arroz com suspensões de células e esporos dos antagonistas. No presente estudo, os micro-organismos antagonistas isolados de solo foram capazes de inibir in vitro o crescimento de B. oryzae e outros 3 fitopatógenos; porém, nas condições experimentais avaliadas, não foram eficazes no controle in vivo da mancha parda. / Rice (Oryza sativa L.) is one of the most important crops in the world in terms of total production and contribution to human diet. Brown spot of rice, caused by the fungus Bipolaris oryzae, is among the diseases that most affect this crop, reducing both yield and grain quality, and threatening food security for millions of people across the world. Biological control is considered a more sustainable approach to control plant diseases since pesticides application presents higher economical and environmental costs. The objectives of this study were: isolating antagonistic microorganisms from soil which show potential for use in the biocontrol of brown spot; elucidating some of the antagonistic mechanisms of the interaction among the plant pathogen and the isolated microorganisms; assessing the effect of cell-free culture filtrates from the antagonists on the development of B. oryzae; and evaluating the efficacy of the antagonistic microorganisms on the biocontrol of brown spot in rice leaves. Two microorganisms were selected because of the production of metabolites wich showed inhibitory effects on other microorganisms. The selected antagonists were identified as Bacillus amyloliquefaciens or B. methylotrophicus (gDNA sequenced fragments presented high similarity to both species), and Paecilomyces lilacinus, which are already used as commercial biocontrol products. Bacillus spp. and P. lilacinus inhibited mycelial growth of B. oryzae in 52.5 and 37.3%, respectively, in dual plate assays. Both microorganisms also inhibited mycelial growth of other important plant pathogens such as Magnaporthe oryzae, Phytophthora infestans and Sclerotinia sclerotiorum. Besides the production of metabolites dissoveld in the culture medium, the antagonism among B. oryzae and the isolated microorganisms also involves volatile organic compounds (VOCs). Bacillus spp. and P. lilacinus produced VOCs which reduced mycelial growth of that pathogen in 19.3 and 20.6% respectively. The cell-free culture filtrate from both antagonists showed fungistatic effetcs on the development of B. oryzae. The filtrate obtained from Bacillus spp. inhibited mycelial growth (74.7%), spore formation (94.2%) and germination (100%) of the plant pathogen. On the other hand, the antagonistic fungus filtrate was only effective on the reduction of the mycelial growth of B. oryzae (39.4%). While the metabolites produced by Bacillus spp. remained stable after heat and light treatments, the ones produced by P. lilacinus lost their inhibitory activity under near-ultraviolet light exposure. Brown spot biocontrol was assessed in detached rice 5-cm leaf segments treated, simultaneously, with a spore suspension of B. oryzae and cell suspension of Bacillus spp. or spore suspension of P. lilacinus. No reduction in disease incidence and severity was observed in leaves treated with the antagonists in comparison to control (water). In the present study, the antagonistic microorganisms isolated from soil inhibited in vitro the mycelial growth of B. oryzae and other three plant pathogens; however, they were not able to control brown spot in rice leaves in the experimental conditions used.

A qualidade de sementes é fundamental para as decisões para a produção agrícola e as formas para determinar a qualidade de sementes requerem inúmeros estudos visando à semeadura. Adicionalmente é essencial que haja condições ideais de armazenamento até que as sementes sejam utilizadas estabelecidas em função da espécie e da temperatura e a umidade relativa do ar, e que são fundamentais para a manutenção do parâmetro fisiológico das sementes. Alguns pesquisadores têm afirmado que outros fatores podem contribuir significativamente para a deterioração das sementes durante o armazenamento, tal como o oxigênio. Dessa forma, nessa pesquisa foi avaliada a ação do oxigênio na deterioração das sementes de arroz durante o armazenamento. Num primeiro momento, a qualidade das sementes de arroz foi avaliada com a aplicação de técnicas multivariadas em contraste com a análise univariada, para classificar as sementes quanto ao parâmetro fisiológico. Em seguida, as sementes foram testadas quanto à qualidade ao serem submetidas ao aumento da pressão da atmosfera com o intuito de aumentar a interferência do oxigênio na qualidade das sementes. Complementarmente, foi avaliada a utilização de embalagem com aplicação de vácuo, para verificar a interferência na conservação dessas sementes. Há possibilidade de utilização da análise estatística multivariada para classificar as sementes de arroz quanto à qualidade. O oxigênio reduz a qualidade das sementes de arroz durante o armazenamento em condições em que há a redução da temperatura e da umidade relativa do ar. A embalagem com uso de vácuo é uma alternativa viável para reduzir a deterioração das sementes de arroz. / Seed quality is fundamental for decision for agricultural production. Ways to determine seed quality are targets of numerous studies to identify the quality of the lots for sowing. Once identified the quality of seeds, secured storage ideal conditions should be proceeded until the seeds are ready for use. Ideal conditions for seed storage are depending on the species, as temperature and air relative humidity, important for the maintenance of the physiological quality of seeds. Some researchers have raised the hypothesis that more factors can significantly contribute to the deterioration of seeds, such as oxygen. Through the chapters of this thesis sought to evaluate the oxygen action in the deterioration of rice seeds during storage. At first it evaluated the quality of the seeds with the use of multivariate techniques in contrast to the univariate analysis to classify seeds as the physiological. Then seeds were tested for quality being subjected to high-pressure atmosphere in order to enhance the effects of oxygen on the seed deterioration. Finally, an additional chapter discusses the use of application of vacuum packaging to verify the effect on conservation. It is concluded that the multivariate statistical analysis is a potential tool to classify rice seeds as quality. Oxygen reduces the quality of rice seeds during storage under conditions of lower temperature and relative humidity and vacuum packing is a good alternative to decrease seed deterioration.

Os efeitos negativos da ocorrência de baixas temperaturas sobre o arroz são de difícil controle e manejo, por ser um fator imprevisível. Embora não seja uma tarefa fácil, em diversas regiões do mundo, já foram desenvolvidas cultivares com adequada tolerância ao frio. O caminho para o desenvolvimento de cultivares deve envolver, a adoção de várias estratégias para tornar o processo de melhoramento desse caráter ágil e preciso. O objetivo deste trabalho foi avaliar a diversidade genética existente entre os acessos de arroz da subespécie Japonica do Banco de Germoplasma da ESALQ/USP e caracterizá-los a fim de identificar fontes de tolerância ao frio durante a fase reprodutiva. O trabalho foi conduzido em dois anos agrícolas sendo o primeiro experimento em 2013 e o segundo em 2014. No primeiro experimento, foi feita a identificação da diversidade genética por caracteres agromorfológicos e a avaliação do seu rendimento em condições de estresse por baixas temperaturas na fase reprodutiva. A divergência genética entre os acessos foi quantificada por meio de análises estatísticas multivariadas, sendo que foi utilizada a distância generalizada de Mahalanobis. O método de agrupamento utilizado foi o algoritmo de otimização de Tocher e foi feita análise de componentes principais para determinar as variáveis que mais contribuíram para a variabilidade dos acessos. No segundo experimento, os genótipos que apresentaram bom desempenho foram avaliados novamente a fim de identificar aqueles tolerantes ao frio na fase reprodutiva. Foi observada a presença de variabilidade genética para os caracteres avaliados. No primeiro experimento, os acessos japoneses apresentaram em média maior rendimento e massa de mil grãos e menor esterilidade quando comparados com as cultivares comerciais, indicando possível existência de fontes de tolerância ao frio na fase reprodutiva. Considerando simultaneamente as variáveis analisadas, de acordo com o algoritmo de otimização de Tocher, os acessos e cultivares foram reunidos em 37 grupos de similaridade. Os genótipos avaliados no segundo experimento apresentaram elevada esterilidade (próxima a 100%). No entanto, deve-se destacar que foram registradas temperaturas críticas baixas (inferiores a 15°C) ao longo de quase todo o ciclo, especialmente durante o período reprodutivo. / Being an unpredictable factor, the negative effects of occurrence of low temperatures on rice are difficult to control and managed. Although it is not an easy task, in various regions of the world, cultivars have been developed with adequate cold tolerance. The path to the development of cultivars should involve the adoption of various strategies to make the process of improvement of this character more agile and precise. The objective of this study was to evaluate the genetic diversity among rice accessions of Japonica subspecies of the Germplasm Bank of ESALQ / USP and characterize them morphological in order to identify sources of cold tolerance during the reproductive phase. The work was conducted in two years with the first trial in 2013 and the second in 2014. In the first trial, the identification of the genetic diversity of agronomic characters and the evaluation of its performance under stress conditions by low temperatures in the reproductive phase. The genetic divergence among accessions was quantified by means of multivariate statistical analysis, using the Mahalanobis distance. The clustering method used was Tocher optimization algorithm and it was also performed made principal component analysis to determine the variables that contributed the most to the variability of accessions. In the second trial, the genotypes that performed better were evaluated again in order to identify those that were cold tolerant in the reproductive phase. It was observed the presence of genetic variability for all the characters. In the first trial, the Japanese accessions showed on average higher yield and thousand grain weight, and also less sterility compared to commercial cultivars, which may indicate the existence of cold tolerance sources in the reproductive phase. Considering the variables analyzed, according to the Tocher optimization algorithm, accessions and cultivars were divided into 37 groups of similarity. The genotypes used in the second test showed high sterility (close to 100%). However, it should be noted that low critical temperatures were recorded (below 15 ° C) over almost the entire cycle, especially during the breeding season.

O arroz é um dos cereais mais produzidos e consumidos no mundo, cultivado em aproximadamente 156 milhões de hectares, com uma produção mundial de mais de 600 milhões de toneladas por ano. O arroz é, hoje, alimento básico para mais de dois terços da população mundial. Contudo, minerais como ferro e zinco são perdidos durante o processo de beneficiamento dos grãos para comercialização. Uma vez que a deficiência de ferro afeta cerca de três bilhões de pessoas e é a deficiência mineral mais comum em humanos, diversos esforços têm sido feitos para aumentar a concentração deste mineral em grãos de arroz. Diversos projetos têm como objetivo compreender o mecanismo de translocação de nutrientes para grãos de arroz, visando o aumento de sua concentração com fins de biofortificação do alimento. Para melhor compreender a homeostase de ferro em plantas de arroz, conduzimos experimentos para analisar possíveis funções de duas proteínas. Proteínas da família NRAMP (Natural Resistance Associated Macrophage Protein) foram descritas como tendo envolvimento na homeostase de ferro em diferentes organismos. OsNRAMP7 apresenta propriedades características da família, como os motivos DPGN e MPH, possivelmente envolvidos no transporte de metais. Oócitos de Xenopus injetados com o mRNA de OsNRAMP7 apresentaram aumento significativo na concentração de ferro. A expressão heteróloga da proteína em oócitos indica o envolvimento da proteína no transporte transmembrana de ferro. Ferritina é outra proteína envolvida na homeostase de ferro nas células. Ferritinas são proteínas esféricas, capazes de armazenar ferro no seu interior, agindo também como um estoque de ferro nas células. O armazenamento de ferro dentro desta proteína pode prevenir reações que levam a produção de radicais livres e, consequentemente, estresse oxidativo. Duas cópias do gene da ferritina foram descritas em arroz. Respostas ao estresse oxidativo em uma linhagem mutante de arroz para o gene OsFER2 foram estudadas. Quando submetidas a excesso de ferro, plantas mutantes tiveram aumento na concentração de MDA (malondialdeído) nas partes aéreas e da atividade da enzima APX (ascorbato peroxidase) em raízes, revelando respostas ao dano oxidativo quando há baixa produção de ferritina. Plantas mutantes acumulam menos biomassa do que plantas WT (wild type) mesmo em condição controle de crescimento. Isso pode indicar um possível papel da ferritina na homeostase de ferro em plantas de arroz, ainda que as mesmas não estejam em estresse por excesso de ferro. Mecanismos compensatórios como o aumento da quantidade da proteína 5 frataxina e aumento do influxo de ferro para vacúolos também devem ser investigados. Mais experimentos são necessários para melhor compreensão do papel da ferritina na homeostase de ferro em arroz. Não obstante, com os experimentos aqui apresentados é possível determinar o envolvimento da proteína OsNRAMP7 na homeostase de ferro em arroz. / Rice is one of the most produced and consumed cereals in the world, cultivated in approximately 156 million hectares, with a world production of over 600 million tons. It is a staple food for two thirds of the world population. However, minerals such as iron and zinc are lost during rice processing for commercialization. Since iron deficiency affects around three billion people, and is the most common mineral deficiency in humans, several efforts have been made in order to increase this nutrient’s levels in rice grains. Several projects have as goal to understand translocation mechanisms of nutrients to rice grains as to increase their levels for biofortification purposes. To better understand iron homeostasis in rice plants, we conducted experiments in order to analyze the putative role of two proteins. The NRAMP (Natural Resistance Associated Macrophage Protein) family was described as having an important role in iron homeostasis in different organisms. OsNRAMP7 presents characteristic features of the family, as motifs DPGN and MPH, said to be involved in metal transport. Xenopus oocytes injected with OsNRAMP7 mRNA exhibited a significant increase in iron content. Heterologous expression of the protein in oocytes indicated that the protein is involved in transmembrane iron transport. Ferritin is another protein involved in intracellular iron homeostasis. Ferritins are spherical proteins capable of storing iron in their core, also acting as an iron buffer in cells. Storage of free iron inside this protein may prevent reactions that lead to the formation of oxygen radicals and, therefore, to oxidative stress. Two ferritin genes have been described in the rice genome. We studied the oxidative stress response of a mutant line of rice with impaired expression of OsFer2. When subjected to iron excess, mutant plants increased MDA (malondialdehyde) concentration in shoots and APX (ascorbate peroxidase) enzyme activity in roots, revealing oxidative damage responses when ferritin production is impaired. Mutant plants have lower weight than WT (wild type) even in control growth condition. This may indicate a possible role of ferritin in iron homeostasis in rice plants, even when they are not under iron stress. Compensative mechanisms such as increase of frataxin levels and iron influx to the vacuole should be investigated. More experiments are required for a proper understanding of ferritin role in iron homeostasis. Still, with these experiments allowed to determine the involvement of the OsNRAMP7 protein in iron homeostasis in rice.

O experimento foi conduzido na Universidade de São Paulo, durante os anos de 2011e 2012, em Piracicaba, estado de São Paulo. Foram utilizados dez genótipos contrastantes, sendo nove destinados ao cultivo em terras altas (dois modernos e sete tradicionais) e um ao sistema irrigado (moderno). Os genótipos foram cultivados em vasos e mantidos sem restrição hídrica dentro de casa de vegetação até a emissão da folha bandeira. Após a emissão da folha bandeira, oito vasos de cada genótipo contendo uma planta foram mantidos dentro de uma câmara de crescimento (fitotron) sob condições climáticas rigorosamente controladas durante oito dias. Nesse período, quatro vasos foram mantidos com estresse e quatro sem. Após cinco e seis dias, foram avaliadas as taxas de assimilação (A), condutância estomática (gs), concentração interna de CO2 (Ci), transpiração (E), eficiência de uso da água (EUA) e conteúdo hídrico foliar relativo (CHF). Após sete dias, foram realizadas as curvas de respostas à alteração da intensidade luminosa, onde foram determinados a A, gs, Ci, E e CHF. Após oito dias, foram realizadas as curvas de resposta à alteração de CO2, onde foram determinados a limitação estomática (Ls) e metabólica (Lm), condutância mesofílica (gm) e atividade da Rubisco (Vcmax e Jmax). Aos 5 e 6 dias, constatou-se que, na condição de menor disponibilidade hídrica, o genótipo moderno \'BRS-Primavera\' apresentou os menores valores de A, gs, Ci, E e CHF, e o genótipo tradicional \'Douradão\' os maiores valores. O Genótipo moderno \'BRS-Cirrad\' também apresentou baixos valores para essas variáveis. Os demais genótipos apresentaram comportamento semelhante. Na condição de maior disponibilidade hídrica, os genótipos modernos (\'BRS-Cirrad\', \'BRS-Curinga\' e \'BRS-Primavera\') apresentaram os maiores valores de A, gs, Ci, E e CHF. Os genótipos tradicionais apresentaram comportamento semelhante entre si. Avaliando o mesmo genótipo sob as duas condições de disponibilidade hídrica, observou-se que os genótipos modernos apresentaram grandes reduções de A, gs e E em relação aos tradicionais. Constatou-se que o ajuste da gs influenciou fortemente todas as variáveis observadas, e que a EUA não apresentou boa correlação com a taxa fotossintética. Nas curvas de luz, observou-se que os genótipos modernos apresentaram comportamento superior aos tradicionais na condição de maior disponibilidade hídrica e semelhante na menor condição, evidenciando forte efeito da gs sobre as taxas de A e E em todos genótipos. Nas curvas de CO2, foi observado que na condição de menor disponibilidade hídrica, os genótipos modernos apresentam Lm e Ls superiores e Vcmax, Jmax e gm similares aos tradicionais. Na condição de maior disponibilidade hídrica, os genótipos modernos (\'BRS-Cirrad\' e \'BRS-Curinga\') apresentaram maiores valores de Vcmax e Jmax e menores valores de Ls. Os genótipos modernos apresentam maior capacidade fotossintética na condição de maior disponibilidade hídrica, no entanto, quando submetidos à condição de menor disponibilidade apresentaram elevadas reduções em relação aos genótipos tradicionais. / The experiment was carried out at University of São Paulo, during the years 2011 and 2012, in Piracicaba, State of São Paulo. Ten contrasting genotypes were used, nine to be cultivated on uplands (two modern and seven traditional) and one (modern) for lowlands (irrigated area). The genotypes were grown in pots and kept without water restriction in the greenhouse until the issue of the flag leaf. After the flag leaf issuance, eight pots of each genotype containing one plant were kept inside of a growth chamber (phytotron) under strictly controlled climatic conditions during eight days. During this period, four pots were kept with water stress and four without. After five and six days, assimilation rate (A), stomatal conductance (gs), internal CO2 concentration (Ci), transpiration (E), water use efficiency (WUE) and relative leaf water content (RWC) were evaluated. After seven days, responsiveness curves according to light intensity changes were done, which A, gs, Ci, E and RWC were determined. After eight days, responsiveness curves according to CO2 changes were done, which stomatal (Ls) and metabolic limitation (Lm), mesophyll conductance (gm) and Rubisco activity (Vcmax and Jmax) were determined. After five and six days, it was found that, on condition of low water availability, the modern genotype \'BRS-Primavera\' showed the lowest values of A, gs, Ci, E and CHF, and \'Douradão\' (traditional genotype) the highest values. \'BRSCirrad\' (modern genotype) cultivar also showed low values for these variables. Other genotypes showed similar behavior. At condition of the greater water availability, \'BRS-Cirrad\', \'BRS-Curinga\' and \'BRS-Primavera\' (modern genotypes) showed the highest values for A, gs, Ci, E and CHF. The traditional genotypes behaved similarly to each other. Evaluating the same genotype under two water availability conditions, it was observed that modern genotypes showed large reductions of the A, gs, and E as compared to traditional. It was found that the adjustment of gs influenced strongly all observed variables, and the WUE did not show good correlation with photosynthetic rate. On the light curves, the modern genotypes presented superior performance than traditional under largest water availability and similar in lower water availability condition, showing strong effect of gs on rates of A and E in all genotypes. On the CO2 curves, under lower water availability condition, it was observed that the modern genotypes presented superior values of Lm and Ls, and similar values of Vcmax, Jmax and gm when compared to traditional genotypes. Under higher water availability, the modern genotypes (\'BRS-Cirrad\' and \'BRS-Curinga\') presented higher values of Vcmax and Jmax and lower values of Ls. The modern genotypes presented higher photosynthetic capacity under high water availability, however, when subjected to the condition of low water availability showed high reductions compared to traditional genotypes.

Um dos graves obstáculos para a manutenção e estabilidade da produção nacional de arroz (Oryza sativa) reside na susceptibilidade dos genótipos existentes a estresses abióticos. Tendo em vista a importância social e econômica do arroz e os efeitos extremamente danosos desses estresses sobre a agricultura, o conhecimento detalhado das interações entre os estresses abióticos e as respostas dos vegetais frente a esses estímulos ambientais faz-se necessário. O alumínio (Al) é considerado um dos principais fatores limitantes na produção agrícola, inibindo o crescimento das raízes e a absorção de minerais. A toxicidade do Al em plantas ocorre pela sua solubilização em solos com pH baixo ou solos ácidos. Os genes ASR (ABA, Stress and Ripening) são induzidos por estresse e ácido abscísico (ABA) em plantas, e seus níveis de expressão são rapidamente aumentados em resposta à salinidade e seca. Recentemente, foi demonstrado que o gene que codifica a proteína ASR5 é responsivo ao Al em raízes de arroz. Apesar do arroz ser considerado um dos cereais mais resistentes a Al, os mecanismos básicos de tolerância a este metal são pouco conhecidos no arroz em comparação a outros cereais. Por meio do presente trabalho objetivamos: i) a caracterização funcional dos membros da família gênica ASR de arroz em reposta ao Al; e ii) a construção de vetores binários de transformação de plantas visando o estudo da localização subcelular da proteína codificada pelo gene OsASR5, e o silenciamento gênico da família ASR de arroz. As análises dos transcritos por qRT-PCR mostraram que todos os genes da família ASR de arroz ssp Japonica respondem ao Al. Por outro lado, OsASR5 não sofre modulação de sua expressão em resposta ao Al em raízes de arroz ssp Indica. Essas diferenças de respostas dos genes OsASR5 em distintas variedades pode refletir diferenças no grau de tolerância ao Al de cada um desses genótipos. / One of the major obstacles to maintain the stability of the national production of rice (Oryza sativa) lies on the susceptibility of the different genotypes to abiotic stress. In view of the social and economic importance of rice and due to the extremely harmful effects of stress in agriculture, detailed knowledge of the interactions between these stresses and plant responses to environmental stimuli is necessary. Aluminum (Al) is considered one of the main limitation factors for agricultural productivity, inhibiting root growth and mineral absorption. Al toxicity occurs by its solubilization in soils with low pH or acid soils. The ASR (ABA, Stress and Ripening) genes are induced by stress and abscisic acid (ABA) in plants, and their expression levels are quickly increased in response to salinity and drought. Recently, it was demonstrated that the ASR5 gene is responsive to Al in rice roots. Despite the fact that rice is considered one of the most resistant crops to Al, the basic mechanisms of tolerance to this metal are poorly known when compared to other crops. This study aimed the functional characterization of the gene expression of rice ASR family members in response to Al, and the construction of binary vectors for the subcellular localization of the protein codified by the OsASR5 gene, and the construction of a gene silencing binary vector for the ASR family. Analyses of transcripts by qRT-PCR showed that in the ssp Japonica, all ASR genes responded to Al. In contrast, OsASR5 do not suffer expression modulation in response to Al in rice roots of ssp Indica. These differences in response of the OsASR5 gene in distinct varieties may reflect differences in the degree of Al tolerance in each genotype.

Orientador: Orivaldo Arf / Resumo: Com a crescente adoção da prática de rotação de culturas, o arroz de terras altas tem se tornado uma opção viável na região do Cerrado, e para que haja um maior investimento e retorno na cultura do arroz de terras altas, é fundamental o ajuste das melhores épocas de semeadura e a escolha de cultivares adequados. Assim, o objetivo do trabalho foi identificar a melhor época de semeadura e o cultivar que expresse seu potencial produtivo, sendo adaptável e estável, além de possuir boa qualidade industrial, em região de Cerrado de baixa altitude. O experimento foi desenvolvido no município de Selvíria (MS), durante o ano agrícola 2016/17. O delineamento experimental foi em blocos casualizados com quatro épocas de semeadura (outubro, novembro, dezembro e fevereiro), cada uma com oito cultivares de arroz (BRS Esmeralda, ANa 5015, ANa 6005, IPR 117, IAC 500, IAC 203, BRSGO Serra Dourada e ANa 7211) e quatro repetições. As semeaduras realizadas em outubro e novembro proporcionaram maiores valores de nitrogênio foliar, massa de matéria seca da parte aérea, espiguetas totais e cheias por panícula, fertilidade de espiguetas e eficiência produtiva de grãos. A semeadura em outubro proporcionou as maiores massas de cem grãos. Houve acamamento na semeadura em novembro e incidência de escaldadura na semeadura em dezembro. Os cultivares BRS Esmeralda, ANa 5015, ANa 6005 e IPR 117 destacaram-se no teor de nitrogênio foliar, espiguetas cheias por panícula e apresentaram adaptabilidade geral às d... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: With the increasing adoption of crop rotation practice, upland rice has become a viable option in the Cerrado region, and for there to be a greater investment and return on upland rice cultivation, it is fundamental to adjust the best sowing times and the choice of suitable cultivars. Thus, the objective of this work was to identify the best sowing season and the cultivar that expressed its productive potential, being adaptable and stable, besides having good industrial quality, in a low altitude Cerrado region. The experiment was carried out in the municipality of Selvíria, Mato Grosso do Sul State, Brazil, during the agricultural year 2016/17. The experimental design was randomized blocks with four sowing times (October, November, December and February), each with eight rice cultivars (BRS Esmeralda, ANa 5015, ANa 6005, IPR 117, IAC 500, IAC 203, BRSGO Serra Dourada and ANa 7211) and four replicates. Seeds in October and November provided higher values of leaf nitrogen, aerial part dry mass, total and full spikelets per panicle, spikelet fertility and productive efficiency of grains. Seeding in October provided the largest hundred grain weight. Lodging occurred at sedding in November and scald incidence occurred in December. BRS Emeralda , ANa 5015, ANa 6005 and IPR 117 cultivars are highlighted in the leaf nitrogen content, full spikelets per panicle and had general adaptability to different sowing times. The highest yields were observed in the sowing in October, especiall... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Um dos graves obstáculos para a manutenção e estabilidade da produção nacional de arroz (Oryza sativa) reside na susceptibilidade dos genótipos existentes a estresses abióticos. Tendo em vista a importância social e econômica do arroz e os efeitos extremamente danosos desses estresses sobre a agricultura, o conhecimento detalhado das interações entre os estresses abióticos e as respostas dos vegetais frente a esses estímulos ambientais faz-se necessário. O alumínio (Al) é considerado um dos principais fatores limitantes na produção agrícola, inibindo o crescimento das raízes e a absorção de minerais. A toxicidade do Al em plantas ocorre pela sua solubilização em solos com pH baixo ou solos ácidos. Os genes ASR (ABA, Stress and Ripening) são induzidos por estresse e ácido abscísico (ABA) em plantas, e seus níveis de expressão são rapidamente aumentados em resposta à salinidade e seca. Recentemente, foi demonstrado que o gene que codifica a proteína ASR5 é responsivo ao Al em raízes de arroz. Apesar do arroz ser considerado um dos cereais mais resistentes a Al, os mecanismos básicos de tolerância a este metal são pouco conhecidos no arroz em comparação a outros cereais. Por meio do presente trabalho objetivamos: i) a caracterização funcional dos membros da família gênica ASR de arroz em reposta ao Al; e ii) a construção de vetores binários de transformação de plantas visando o estudo da localização subcelular da proteína codificada pelo gene OsASR5, e o silenciamento gênico da família ASR de arroz. As análises dos transcritos por qRT-PCR mostraram que todos os genes da família ASR de arroz ssp Japonica respondem ao Al. Por outro lado, OsASR5 não sofre modulação de sua expressão em resposta ao Al em raízes de arroz ssp Indica. Essas diferenças de respostas dos genes OsASR5 em distintas variedades pode refletir diferenças no grau de tolerância ao Al de cada um desses genótipos. / One of the major obstacles to maintain the stability of the national production of rice (Oryza sativa) lies on the susceptibility of the different genotypes to abiotic stress. In view of the social and economic importance of rice and due to the extremely harmful effects of stress in agriculture, detailed knowledge of the interactions between these stresses and plant responses to environmental stimuli is necessary. Aluminum (Al) is considered one of the main limitation factors for agricultural productivity, inhibiting root growth and mineral absorption. Al toxicity occurs by its solubilization in soils with low pH or acid soils. The ASR (ABA, Stress and Ripening) genes are induced by stress and abscisic acid (ABA) in plants, and their expression levels are quickly increased in response to salinity and drought. Recently, it was demonstrated that the ASR5 gene is responsive to Al in rice roots. Despite the fact that rice is considered one of the most resistant crops to Al, the basic mechanisms of tolerance to this metal are poorly known when compared to other crops. This study aimed the functional characterization of the gene expression of rice ASR family members in response to Al, and the construction of binary vectors for the subcellular localization of the protein codified by the OsASR5 gene, and the construction of a gene silencing binary vector for the ASR family. Analyses of transcripts by qRT-PCR showed that in the ssp Japonica, all ASR genes responded to Al. In contrast, OsASR5 do not suffer expression modulation in response to Al in rice roots of ssp Indica. These differences in response of the OsASR5 gene in distinct varieties may reflect differences in the degree of Al tolerance in each genotype.

SOUSA, Rachel Hellen Vieira de. Silenciamento de peroxidase do ascorbato peroxissomal induz mudanças antioxidantes capazes de atenuar estresse oxidativo induzido por excesso de H2O2 na deficiência de catalase. 2014. 93 f. Dissertação (Mestrado em Bioquímica)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2014. / Submitted by Eric Santiago (erichhcl@gmail.com) on 2016-06-29T12:54:56Z No. of bitstreams: 1 2014_dis_rhvsousa.pdf: 1853718 bytes, checksum: da11921f6237d61d7d067fa8e43834c7 (MD5) / Approved for entry into archive by José Jairo Viana de Sousa (jairo@ufc.br) on 2016-08-02T20:13:09Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_dis_rhvsousa.pdf: 1853718 bytes, checksum: da11921f6237d61d7d067fa8e43834c7 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-02T20:13:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_dis_rhvsousa.pdf: 1853718 bytes, checksum: da11921f6237d61d7d067fa8e43834c7 (MD5) Previous issue date: 2014 / The ascorbate peroxidase (APX) and catalase (CAT) are the most important enzymes in removing H2O2 of plant cells. Both are present in peroxisomes. In high photorespiration, the amount of H2O2 in peroxisomes is increased, due to greater activity of glycolate oxidase (GO), enzyme producer of H2O2. Catalase has greater involvement in the removal of H2O2 presenting a high Km and the ability to scavenge higher concentrations of H2O2 than APX. The importance of the peroxisomal isoform of APX in antioxidant metabolism of plant cells is still unknown. There are few papers in literature reporting the role of pAPX. Thus, we performed this work with the objective of evaluating the effect of catalase inhibition in rice plants (APX4) silenced in APX’s peroxisomal isoform. Initially, it was performed a characterization work of three lines of APX4 (Lg, Lh and Lj), aiming to select one line for future studies. It was observed lower GO activity and a slight increase in net photosynthesis in the three mutant lines. Based on biochemical, physiological and photosynthetic parameters, APX4-Lg line was chosen. The APX4 silencing resulted in suppression of expression of the other peroxisomal isoform, APX3. Subsequently, experiments were conducted with catalase inhibition by aminotriazole (AT) in plants NT and APX4. Mutant plants had less electrolyte leakage than NT plants when catalase was inhibited. The synthesis of GSH in the absence of CAT was higher in NT plants. After CAT inhibition, GPX activity increase was higher in APX4 than in NT plants. In order to induce a greater effect of the CAT absence, an experiment was performed combining CAT inhibition with light (1000 μmol photons m -2 s -1), in leaf segments. Similar to the results found in plants, APX4 suffered less than NT plants, with catalase inhibition. APX4 plants also showed higher Fv/Fm, lower electrolyte leakage and lower accumulation of H2O2, in AT+light treatment. Experiments with inhibition of GO were also conducted in order to reduce photorespiration. These results show that plants silenced in APX4 exhibited greater tolerance to inhibition of catalase by a new redox homeostasis able to cope with the catalase inhibition. Further studies are needed to elucidate the mechanisms that APX4 plants have developed to provide better acclimation to catalase inhibition. / As enzimas Peroxidase do ascorbato (APX) e catalase (CAT) são as mais importantes na remoção de H2O2 nas células vegetais. Ambas estão presentes nos peroxissomos. Em elevada fotorrespiração a quantidade de H2O2 nos peroxissomos é aumentada, em função de uma maior atividade de glicolato oxidase (GO), enzima produtora de H2O2. A catalase se destaca na remoção de H2O2 por possuir um Km elevado e ser capaz de eliminar maiores concentrações de H2O2 do que a APX. A importância da isoforma peroxissomal da APX no metabolismo antioxidante das células vegetais ainda é desconhecida. Há poucos trabalhos na literatura que estudam a papel da APXp. Para tanto, realizamos esse trabalho com o objetivo de avaliar o efeito da inibição da catalase em plantas de arroz (APX4) silenciadas em uma isoforma peroxissomal de APX. Inicialmente foi realizada uma caracterização de três linhagens de APX4 (Lg, Lh e Lj), com o objetivo de selecionar uma para estudos futuros. Foi observado uma menor atividade de GO e um leve aumento na fotossíntese liquida nas três linhagens mutantes. Com base em parâmetros bioquímicos, fisiológicos e fotossintéticos, foi escolhida a linhagem APX4-Lg. O silenciamento da APX4 resultou em supressão da expressão da outra isoforma peroxissomal, APX3. Posteriormente, foram realizados experimentos inibindo a catalase com aminotriazol (AT) em plantas NT (não transformadas) e APX4. As plantas mutantes tiveram um menor vazamento de eletrólitos do que as NT, com a inibição da catalase. A síntese de GSH (glutationa reduzida), na ausência de CAT, foi maior nas plantas NT. Com a inibição da CAT a atividade de GPX (peroxidade da glutationa) aumentou mais nas plantas APX4. Com o objetivo de induzir uma maior efeito da ausência de CAT, foi realizado um experimento combinando inibição CAT com luz (1000 μmol fótons m-2s-1), em segmentos. Semelhante ao resultados encontrados em plantas, as plantas APX4 sofreram menos com a inibição da catalase. Visto que no tratamento de AT+luz as plantas mutantes, comparadas com as NT, apresentaram maior Fv/Fm, menor vazamento de eletrólitos e menor acumulação de H2O2. Experimentos com inibição de GO também foram conduzidos, com o intuito de reduzir a fotorrespiração. Estes resultados mostram que as plantas silenciadas em APX4 apresentam uma maior tolerância a inibição da catalase através de uma nova homeostase redox capaz de lidar melhor com ausência de catalase. Estudos posteriores são necessários para elucidar quais mecanismos as plantas APX4 desenvolveram para conferir a elas uma melhor aclimatação a ausência de catalase.

O arroz é um dos cereais mais produzidos e consumidos no mundo, cultivado em aproximadamente 156 milhões de hectares, com uma produção mundial de mais de 600 milhões de toneladas por ano. O arroz é, hoje, alimento básico para mais de dois terços da população mundial. Contudo, minerais como ferro e zinco são perdidos durante o processo de beneficiamento dos grãos para comercialização. Uma vez que a deficiência de ferro afeta cerca de três bilhões de pessoas e é a deficiência mineral mais comum em humanos, diversos esforços têm sido feitos para aumentar a concentração deste mineral em grãos de arroz. Diversos projetos têm como objetivo compreender o mecanismo de translocação de nutrientes para grãos de arroz, visando o aumento de sua concentração com fins de biofortificação do alimento. Para melhor compreender a homeostase de ferro em plantas de arroz, conduzimos experimentos para analisar possíveis funções de duas proteínas. Proteínas da família NRAMP (Natural Resistance Associated Macrophage Protein) foram descritas como tendo envolvimento na homeostase de ferro em diferentes organismos. OsNRAMP7 apresenta propriedades características da família, como os motivos DPGN e MPH, possivelmente envolvidos no transporte de metais. Oócitos de Xenopus injetados com o mRNA de OsNRAMP7 apresentaram aumento significativo na concentração de ferro. A expressão heteróloga da proteína em oócitos indica o envolvimento da proteína no transporte transmembrana de ferro. Ferritina é outra proteína envolvida na homeostase de ferro nas células. Ferritinas são proteínas esféricas, capazes de armazenar ferro no seu interior, agindo também como um estoque de ferro nas células. O armazenamento de ferro dentro desta proteína pode prevenir reações que levam a produção de radicais livres e, consequentemente, estresse oxidativo. Duas cópias do gene da ferritina foram descritas em arroz. Respostas ao estresse oxidativo em uma linhagem mutante de arroz para o gene OsFER2 foram estudadas. Quando submetidas a excesso de ferro, plantas mutantes tiveram aumento na concentração de MDA (malondialdeído) nas partes aéreas e da atividade da enzima APX (ascorbato peroxidase) em raízes, revelando respostas ao dano oxidativo quando há baixa produção de ferritina. Plantas mutantes acumulam menos biomassa do que plantas WT (wild type) mesmo em condição controle de crescimento. Isso pode indicar um possível papel da ferritina na homeostase de ferro em plantas de arroz, ainda que as mesmas não estejam em estresse por excesso de ferro. Mecanismos compensatórios como o aumento da quantidade da proteína 5 frataxina e aumento do influxo de ferro para vacúolos também devem ser investigados. Mais experimentos são necessários para melhor compreensão do papel da ferritina na homeostase de ferro em arroz. Não obstante, com os experimentos aqui apresentados é possível determinar o envolvimento da proteína OsNRAMP7 na homeostase de ferro em arroz. / Rice is one of the most produced and consumed cereals in the world, cultivated in approximately 156 million hectares, with a world production of over 600 million tons. It is a staple food for two thirds of the world population. However, minerals such as iron and zinc are lost during rice processing for commercialization. Since iron deficiency affects around three billion people, and is the most common mineral deficiency in humans, several efforts have been made in order to increase this nutrient’s levels in rice grains. Several projects have as goal to understand translocation mechanisms of nutrients to rice grains as to increase their levels for biofortification purposes. To better understand iron homeostasis in rice plants, we conducted experiments in order to analyze the putative role of two proteins. The NRAMP (Natural Resistance Associated Macrophage Protein) family was described as having an important role in iron homeostasis in different organisms. OsNRAMP7 presents characteristic features of the family, as motifs DPGN and MPH, said to be involved in metal transport. Xenopus oocytes injected with OsNRAMP7 mRNA exhibited a significant increase in iron content. Heterologous expression of the protein in oocytes indicated that the protein is involved in transmembrane iron transport. Ferritin is another protein involved in intracellular iron homeostasis. Ferritins are spherical proteins capable of storing iron in their core, also acting as an iron buffer in cells. Storage of free iron inside this protein may prevent reactions that lead to the formation of oxygen radicals and, therefore, to oxidative stress. Two ferritin genes have been described in the rice genome. We studied the oxidative stress response of a mutant line of rice with impaired expression of OsFer2. When subjected to iron excess, mutant plants increased MDA (malondialdehyde) concentration in shoots and APX (ascorbate peroxidase) enzyme activity in roots, revealing oxidative damage responses when ferritin production is impaired. Mutant plants have lower weight than WT (wild type) even in control growth condition. This may indicate a possible role of ferritin in iron homeostasis in rice plants, even when they are not under iron stress. Compensative mechanisms such as increase of frataxin levels and iron influx to the vacuole should be investigated. More experiments are required for a proper understanding of ferritin role in iron homeostasis. Still, with these experiments allowed to determine the involvement of the OsNRAMP7 protein in iron homeostasis in rice.