Herbivory by Western Flower Thrips (Frankliniella occidentalis Pergande) (WFT) and drought-stress due to limited water availability are currently two major factors that can severely impact cotton (Gossypium hirsutum L.) production. This dissertation examines the effects of drought-stress on cotton and host-plant resistance (HPR) to WFT in laboratory conditions, and seeks to identify the physiological and morphological mechanisms that underlie drought-tolerance and HPR. A life-history systems-approach was developed that provides a new level of detail for understanding how environmental variation impacts adult female WFT. The approach was illustrated by investigating the combined effects of cotton genotype, periodic drought-stress, and prey availability on the adult female omnivorous thrips using a factorial design. Three treatment conditions were significantly different, none of which were predicted based on prevailing ecological-hypotheses. At the same time, the approach produced three novel insights about WFT life-history and reproductive strategy. The roles of negative photo-taxis and leaf biomechanical properties were investigated as potential mechanisms that influence WFT foraging-decisions on individual cotyledons. Results showed that WFT foraging-decisions could be considered adaptive, but there was limited support for either of the mechanisms investigated. The physiological responses to drought stress and drought recovery were investigated for three transgenic cotton cultivars and an untransformed wild-type (WT). At peak drought, ABA levels, stomatal area, and stomatal apertures in the transgenic isolone, AtRAV1-1 were 48% lower, 27.7%, and 16.3% smaller than WT. These results suggest that AtRAV1-1 was the most drought-tolerant and support the hypothesis that changes in stomatal morphology may have functionally contributed to drought-tolerance. Lastly, I investigated whether changes in phytohormone concentrations associated with periodic-drought stress in four cotton cultivars (three transgenic and WT) were correlated with WFT feeding, fitness and state-dependent reproductive responses (i.e., the relationship between initial weight and reproduction). Results showed that JA-Ile and JA were positively correlated with state-dependent egg viability and fecundity, respectively, and negatively correlated with total egg viability and fecundity, respectively, supporting the hypothesis that JA and JA-Ile underlie the negative effects on WFT reproduction and the associated shift to state-dependent reproduction.

A cana-de-açúcar é uma gramínea C4 da família das Poaceae. Sua principal característica é a capacidade de estocar altas concentrações de sacarose no colmo. Devido à sua alta atividade fotossintética, ela consegue converter uma boa parte da radiação solar em biomassa. Assim, ela pode ser considerada um dos melhores modelos para os estudos da relação fonte-dreno. O Brasil é um dos maiores produtores e exportadores de álcool do mundo, e por isso a cana-de-açúcar é considerada uma das principais culturas atuais. A ausência de informações sobre a sua sequência genômica levou à criação do programa SUCEST no final de 1990, onde foram disponibilizadas aproximadamente 240,000 sequências denominadas ESTs (Expression Sequence Tags), uma cobertura de quase 90% do genoma expresso da cana-de-açúcar. Desta forma, foi possível desenvolver uma plataforma de microarranjo Agilent de oligonucleotídeos com componentes do SUCEST. Por meio do programa de melhoramento da RIDESA e a análise por microarranjos, foi possível a identificação de vias metabólicas que podem estar relacionadas com a regulação do acúmulo de sacarose em cana-de-açúcar, principalmente aquelas que envolvem os fitormônios auxina e etileno. A obtenção de dados agrotecnológicos e de fisiologia permitiu a observação de um trade off metabólico, onde o acúmulo de sacarose parece ocorrer em detrimento do acúmulo de fibra. A obtenção de plantas silenciadas e superexpressando uma quinase da família da SnRK1 levou, através da análise de microrarranjos, a identificação de genes diferencialmente expressos envolvidos no estresse por seca como uma PP2C e deidrina. Nas plantas superexpressando uma SnRK1, há um aumento do conteúdo de sacarose na planta 88, que talvez indique que a superexpressão dessa quinase leve a um aumento do conteúdo de sacarose em cana. Com a obtenção de sequências genômicas acima do sítio de início da transcrição dessa mesma SnRK1, e de uma subunidade regulatória Akinβγ, foi possível identificar por análise computacional sequências conservadas envolvidas na regulação hormonal, resposta à seca e reações de luz, indicando que a transcrição desse gene pode resultar de diferentes respostas da planta. Esse trabalho permitiu novas diretrizes no estudo do acúmulo de sacarose no colmo, indicando que vias de transdução de sinais conservadas, mediadas por hormônios e fosforilação, podem ser as principais responsáveis por esse fenômeno em cana-de-açúcar. / The sugarcane is a C4 grass of the Poaceae family. Its main feature is the ability to store high sucrose concentrations in the culm. Due to the elevated photosynthetic activity, it can convert a great portion of solar radiation into biomass. Thus, it can be considered one of the best models for studies of source-sink relationship. Brazil is one of the largest alcohol producers and exporters in the world, and sugarcane is considered one of the main current cultivars. The absence of information about its genome sequence led to the creation of the SUCEST program in late 1990, from which approximately 240,000 sequences called ESTs (Expression Sequence Tags) were made available, with a coverage of almost 90% of the sugarcane expressed genome. Thus, it was possible to develop a microarray platform with Agilent oligonucleotide with SUCEST components. Through the RIDESA improvement program and microarray analysis, it was possible to identify metabolic pathways that may be related to the regulation of sugarcane sucrose accumulation, especially those involving the plant hormones auxin and ethylene. The agro-technological and physiology data allowed the observation of a metabolic trade-off, where the sucrose accumulation appears to occur at the expense of fiber accumulation. The production of plants that are silenced or overexpressing a kinase from SnRK1 family, led by microrarray analysis, allowed the identification of differentially expressed genes that are involved in drought stress, such as a PP2C and dehydrin. In plants overexpressing a SnRK1, there is an increased sucrose content in the plant 88, which may indicate that overexpression of this kinase leads to an increase in leaf sucrose content. After obtaining the genomic sequence above the transcription start site of the same SnRK1, and a regulatory subunit Akinβγ, it was possible to identify by computer analysis conserved sequences involved in regulating hormonal response to dry and light responses, indicating that the gene transcription may arise from different plant responses. This work allowed new guidelines in the study of sucrose accumulation in the culm, suggesting that conserved signal transduction pathways and hormone mediated phosphorylation may be the main reason for this phenomenon in sugarcane.

O desenvolvimento e o amadurecimento de frutos são processsos complexos e organizados, ondeo fitormônios, como o ácido indol-3-acético (AIA), o ácido abscísico (ABA) e o etileno desempenham papel relevante. Dentro os processos característicos do amadurecimento, a degradação do amido apresenta impacto direto sobre a qualidade da manga, sendo practicamente todo degradao a síntese de sacarose. Várias enzimas participam da degradação do grânulo de amido, como também em bananas. A mobilização do amido em mangas Keitt parece estar dissociada temporalmente da evolução do etileno; e as variações nos níveis de AIA e ABA sugerem um possível papel na sinalização para mobilização do amido. A biossíntese da sacarose foi atrasada pelo 1-MCP, um antagonista do etileno, sugerindo redução na velocidade do fluxo de carbono do amido para síntese da sacarose que pode ser, resultante das alterações no metabolismo da maltose proveniente da degradação do amido. / The fruit development and ripening are organized and complex processes where phytohormones, like indol-3-acetic acid (IAA), abscisc acid (ABA) and ethylene have a pivotal role. In mango fruit one of the main metabolisms that have direct impact in the mango quality is the starch degradation, practically being all degrated the synthesis of sacarose. Some enzymes participate of the degradation, as hidrolases (alfa and beta-amylases, disproportionating enzymes) and phosphorylases, described also in bananas. The mobilization of the starch in Keitt mangoes it does not seem to be temporally associated with ethylene; and variations in the IAA and ABA levels suggest their possible role in the signalling for the starch. Sucrose biosynthesis was delayed by 1-MCP indicating a reduction in the speed of the carbon flux from the starch that it can be, resultant of the alterations in the metabolism of maltose provenient from the starch degradation.

O desestiolamento vegetal envolve a conversão de etioplastos em cloroplastos maduros e plenamente funcionais, sendo desencadeado pela luz através de um processo multifacetado que se baseia em redes de sinalização endógenas diversificadas e altamente coordenadas. Acredita-se que hormônios vegetais ou outras moléculas sinalizadoras, tais como o radical livre óxido nítrico (NO), desempenham papel importante na regulação desse conjunto de respostas fotomorfogênicas. No presente estudo, buscamos investigar, de forma integrada, a influência do NO, do etileno e das auxinas na indução do acúmulo de pigmentos fotossintéticos e desenvolvimentos dos cloroplastos desencadeados pela luz em plântulas de tomateiro (Solanum lycopersicum). Por meio da determinação do padrão temporal de acúmulo de pigmentos fotossintéticos, diferenciação de etioplastos em cloroplastos, flutuações nos teores endógenos de NO e na atividade e estado de ativação da nitrato redutase (NR) em plântulas do tipo selvagem (cultivar Micro-Tom, MT) e de mutantes fotomorfogênicos (áurea and high pigment 1) mantidas sob escuro contínuo ou expostas às luzes monocromáticas vermelha e azul, pudemos constatar uma clara correlação positiva entre a produção de NO via NR e a indução do acúmulo de pigmentos e desenvolvimento dos cloroplastos em resposta à luz. Dando suporte à importância da NR como fonte biossintética de NO nas plântulas de tomateiro em processo de desestiolamento, constatou-se que as diferentes estratégias empregadas com o intuito de inibir a indução da atividade dessa enzima em resposta à luz resultaram em reduções consideráveis na produção endógena de NO. De modo interessante, tratamentos com NO estimularam o acúmulo de pigmentos e a diferenciação plastidial nas células cotiledonares do mutante áurea sob luz vermelha, indicando, portanto, que essa molécula sinalizadora seria capaz de complementar a deficiência partial na percepção da luz vermelha característica desse mutante deficiente em fitocromos. Em paralelo, um antagonismo mútuo entre o NO e o etileno foi evidenciado por meio de uma série de constatações. (i) O acúmulo de pigmentos e diferenciação de cloroplastos induzidos nas plântulas de tomateiro em resposta às luzes vermelha e azul coincidiram temporalmente com um aumento e diminuição nas emissões de NO e etileno, respectivamente. (ii) Enquanto o NO se mostrou estimulatório ao acúmulo de pigmentos, tratamentos com etileno gasoso ou com o seu precursor (o ácido 1-aminociclopropano-1-carboxílico, ACC) drasticamente inibiram o acúmulo de pigmentos em resposta às luzes vermelha ou azul. (iii) Plântulas em processo de desestiolamento tratadas com etileno ou ACC apresentaram níveis reduzidos de NO, ao passo que plântulas do mutante com baixa sensibilidade ao etileno Never ripe (Nr) exibiram teores de NO endógeno significativamente aumentados. (iv) Plântulas de Nr em processo de desestiolamento apresentaram incrementos consideráveis tanto na atividade total quanto no estado de ativação da NR, uma enzima produtora de NO. (v) NO exógeno reduziu drasticamente a emissão de etileno em plântulas do mutante áurea mantidas sob luz vermelha. Em contrapartida, diversas evidências revelaram um sinergismo mútuo entre auxinas e NO durante o processo de destiolamento em plântulas de tomateiro. (i) O acúmulo de NO em resposta à luz coincidiu com um aumento na ativação do promotor sintético responsivo à auxinas DR5 em plantas de MT expostas às luzes vermelha ou azul. (ii) A suplementação com NO gasoso reestabeleceu a reduzida ativação do promotor DR5 observada em plântulas de áurea sob luz vermelha. (iii) Os teores endógenos de NO foram drasticamente aumentados e diminuídos em plântulas do mutante com baixa sensibilidade à auxinas (diageotropica) e no mutante hipersensível à auxinas (entire), respectivamente. Em conjunto, os dados obtidos parecem indicar que durante a indução do acúmulo de pigmentos fotossintéticos e diferenciação de cloroplastos em plântulas estioladas de tomateiro as interações NO-etileno e NO-auxinas seriam controladas via mecanismos regulatórios de retroalimentação positiva e negativa, respectivamente; e, assim, tais relações hormonais desempenhariam papel importante na coordenação da transição dessas plântulas do estado estiolado para o desenvolvimento fotomorfogênico / The transition from etiolated to green seedlings involves the conversion of etioplasts into mature, functional chloroplasts via a multifaceted light-driven process comprising multiple and tightly coordinated endogenous signaling networks. Plant hormones and other signaling molecules, such as the free radical nitric oxide (NO), are believed to play important roles in controlling the acquisition of these photomorphogenic traits. In the present study, we investigated, in an integrated way, the influence of NO, ethylene and auxins on the light-evoked greening and chloroplast development in tomato (Solanum lycopersicum) seedlings. By determining the time course of photosynthetic pigments accumulation, etioplast-to-chloroplast differentiation, fluctuations in endogenous NO content and in nitrate reductase (NR) total activity and activation state in wild type (Micro-Tom cultivar, MT) and in photomorphogenic mutants (aurea and high pigment 1) seedlings maintained under continuous darkness or exposed to monochromatic red (RL) or blue light (BL), we evidenced a clearly positive correlation between the NO production via NR and the light-induced cotyledon greening and chloroplast maturation. Supporting a role for NR as an important biosynthetic source of NO in de- etiolating tomato seedlings, different strategies employed to inhibit the light-evoked increment in the activity of this enzyme successfully reduced the endogenous NO production. Interestingly, exogenous NO stimulated greening and chloroplast differentiation in cotyledon cells of áurea seedlings maintained under RL, thereby indicating that this signaling molecule might complement the partial deficiency in RL perception characteristic of this phytochrome-deficient mutant. In parallel, a mutual antagonism between NO and ethylene was evidenced by a number of findings. (i) RL- or BL-induced greening and chloroplast differentiation in tomato seedlings temporally coincided with increases and decreases in NO and ethylene emission, respectively. (ii) Whereas NO stimulated cotyledon greening, treatments with gaseous ethylene or its precursor (1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid, ACC) severally impaired either RL- or BL-induced greening in MT. (iii) Ethylene- or ACC-treated de-etiolating seedlings presented significantly lower NO levels whereas the ethylene-insensitive Never ripe (Nr) mutant exhibited increased endogenous NO content. (iv) De-etiolating Nr seedlings exhibited increased total activity and activation state of the NO-generating enzyme NR. (v) Exogenous NO drastically reduced ethylene emission in au seedlings maintained under RL. On the other hand, a series of evidence indicated a mutual synergism between auxins and NO in de-etiolating tomato seedlings. (i) The light-induced NO accumulation coincided with an increased activation of the synthetic auxin-responsive promoter DR5 in both RL- and BL-exposed MT seedlings. (ii) Exogenous NO completely rescued the reduced activation of the DR5 promoter observed in au seedlings under RL. (iii) Endogenous NO was drastically decreased and increased in de-etiolating seedlings of auxin-insensitive (diageotropica) and auxin-hypersensitive (entire) tomato mutants, respectively. Taken together, these data reveal that negative and positive feedback regulatory loops orchestrate ethylene-NO and auxin-NO interactions during the light-triggered cotyledon greening and chloroplast differentiation in de-etiolating tomato seedlings, reinforcing the importance of these signaling molecules during the coordination of seedling transition from the etiolated state to photomorphogenic growth

Plastids are organelles responsible for several essential aspects for plant development, like photosynthesis, nitrogen assimilation and synthesis of several compounds of secondary metabolism. Chloroplasts differentiation and activity are highly regulated by light, and several proteins and mechanisms involved in these processes have been characterized. The GOLDEN 2-LIKE (GLK) transcription factors controls the expression of several genes related to photosynthesis, plastid biogenesis and maintenance. Solanum lycopersicum genome harbors two copies of this gene, SlGLK1 and SlGLK2 and, although they are functionally redundant, their expression pattern is different, once SlGLK1 predominates in leaves, while only SlGLK2 is expressed in fruit, precisely at the pedicel region. During tomato domestication, selection for varieties that ripened evenly resulted in the fixation of uniform ripening mutation (Slglk2) in most cultivated varieties, resulting in alterations in fruit metabolic composition. In this context, the objective of this work was to functionally characterize SlGLK2 gene aiming to understand in which way phytochrome mediated light and phytohormones, particularly auxins and cytokinins, regulates this gene expression, and how SlGLK2 presence affects fruit nutritional quality. To achieve this, a detailed transcriptional profile of SlGLK2 was performed in fruits of wild plants, Slglk2 mutant and plants deficient for light perception or hormonal signaling. The effect of SlGLK2 over nutritional quality was evaluated by characterizing carbon and vitamin E metabolism. Additionally, reporter protein GUS activity was quantified in transgenic plants that express uidA gene under control of promoters responsive to cytokinins or auxins in SlGLK2 or Slglk2 genotypes, to analyze if hormonal activity is affected by SlGLK2 presence. Finally, in order to verify if the presence of SlGLK2 is sufficient to reverse the chlorotic phenotype of the mutant aurea, promoting the differentiation and plastidial maturation even in the absence of functional phytochromes, transgenic lines were generated by overexpressing the SlGLK2 gene on aurea-Slglk2 genetic background. The integrated data analysis allowed us to conclude that the content of soluble sugars and vitamin E correlate with the expression of SlGLK2, that the expression of SlGLK2 is repressed by auxins, that SlGLK2 positively participates in the signaling of cytokinins, and that its overexpression partially reverts the phenotype of the aurea-Slglk2 mutant fruits. The results obtained in this work contributes to a better understanding of the regulatory network that interconnects SlGLK2 gene, phytohormones and light, promoting the plastidial activity and consequently, determining the nutritional quality of the tomato fruit, an important component of the human diet / Os plastídios são organelas responsáveis por diversos aspectos essenciais do desenvolvimento das plantas como a fotossíntese, assimilação de nitrogênio e síntese de diversos compostos do metabolismo secundário. A diferenciação e atividade dos cloroplastos são altamente reguladas pela luz, e diversas proteínas e mecanismos envolvidos nestes processos têm sido caracterizados. Os fatores de transcrição GOLDEN 2-LIKE (GLKs) controlam a expressão de diversos genes relacionados à fotossíntese, biogênese e manutenção plastidial. Solanum lycopersicum possui duas cópias desses genes, SlGLK1 e SlGLK2 e, embora sejam funcionalmente redundantes, seu padrão de expressão é diferente, uma vez que SlGLK1 predomina nas folhas ao passo que SlGLK2 é expresso apenas nos frutos, mais precisamente na região pedicelar. Durante o processo de domesticação do tomateiro, a seleção de variedades de amadurecimento uniforme resultou na fixação da mutação uniform ripening (Slglk2) na maioria das variedades cultivadas, resultando em mudanças na composição metabólica dos frutos. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo geral caracterizar funcionalmente o gene SlGLK2 visando compreender de que forma a luz (mediada por fitocromos) e os fitormônios (particularmente citocininas e auxinas), regulam a expressão deste gene e como a presença de SlGLK2 afeta a qualidade nutricional dos frutos. Para isso, foi realizado um detalhado perfil transcricional de SlGLK2 em frutos de plantas selvagens, Slglk2 mutantes e deficientes para a percepção luminosa e para a sinalização hormonal. O efeito de SlGLK2 sobre a qualidade nutricional foi avaliado caracterizando o metabolismo de carbono e de vitamina E. Adicionalmente, foi quantificada a atividade da proteína repórter GUS em plantas transgênicas que expressam o gene uidA sob controle de promotores responsivos a citocininas ou auxinas em plantas com genótipo SlGLK2 ou Slglk2 para analisar se a atividade hormonal é afetada pela presença de SlGLK2. Finalmente, com o intuito de verificar se a presença de SlGLK2 é suficiente para reverter o fenótipo clorótico do mutante aurea, promovendo a diferenciação e maturação plastidial mesmo na ausência de fitocromos funcionais, foram geradas linhagens transgênicas sobreexpressando o gene SlGLK2 em fundo genético aurea-Slglk2. A Análise dos resultados permitiu concluir que o conteúdo de açúcares solúveis e vitamina E correlacionam com a expressão de SlGLK2, que a expressão de SlGLK2 é reprimida por auxinas, que SlGLK2 participa positivamente da sinalização de citocininas, e que a sua sobreexpressão reverte, parcialmente, o fenótipo dos frutos da mutante aurea-Slglk2. Os resultados obtidos nos levam a uma melhor compreensão da rede regulatória que interconecta o gene SlGLK2, os fitormônios e a luz promovendo a atividade plastidial e, por consequência, determinando a qualidade nutricional dos frutos de tomateiro, importante componente da dieta humana

A cana-de-açúcar é uma gramínea C4 da família das Poaceae. Sua principal característica é a capacidade de estocar altas concentrações de sacarose no colmo. Devido à sua alta atividade fotossintética, ela consegue converter uma boa parte da radiação solar em biomassa. Assim, ela pode ser considerada um dos melhores modelos para os estudos da relação fonte-dreno. O Brasil é um dos maiores produtores e exportadores de álcool do mundo, e por isso a cana-de-açúcar é considerada uma das principais culturas atuais. A ausência de informações sobre a sua sequência genômica levou à criação do programa SUCEST no final de 1990, onde foram disponibilizadas aproximadamente 240,000 sequências denominadas ESTs (Expression Sequence Tags), uma cobertura de quase 90% do genoma expresso da cana-de-açúcar. Desta forma, foi possível desenvolver uma plataforma de microarranjo Agilent de oligonucleotídeos com componentes do SUCEST. Por meio do programa de melhoramento da RIDESA e a análise por microarranjos, foi possível a identificação de vias metabólicas que podem estar relacionadas com a regulação do acúmulo de sacarose em cana-de-açúcar, principalmente aquelas que envolvem os fitormônios auxina e etileno. A obtenção de dados agrotecnológicos e de fisiologia permitiu a observação de um trade off metabólico, onde o acúmulo de sacarose parece ocorrer em detrimento do acúmulo de fibra. A obtenção de plantas silenciadas e superexpressando uma quinase da família da SnRK1 levou, através da análise de microrarranjos, a identificação de genes diferencialmente expressos envolvidos no estresse por seca como uma PP2C e deidrina. Nas plantas superexpressando uma SnRK1, há um aumento do conteúdo de sacarose na planta 88, que talvez indique que a superexpressão dessa quinase leve a um aumento do conteúdo de sacarose em cana. Com a obtenção de sequências genômicas acima do sítio de início da transcrição dessa mesma SnRK1, e de uma subunidade regulatória Akinβγ, foi possível identificar por análise computacional sequências conservadas envolvidas na regulação hormonal, resposta à seca e reações de luz, indicando que a transcrição desse gene pode resultar de diferentes respostas da planta. Esse trabalho permitiu novas diretrizes no estudo do acúmulo de sacarose no colmo, indicando que vias de transdução de sinais conservadas, mediadas por hormônios e fosforilação, podem ser as principais responsáveis por esse fenômeno em cana-de-açúcar. / The sugarcane is a C4 grass of the Poaceae family. Its main feature is the ability to store high sucrose concentrations in the culm. Due to the elevated photosynthetic activity, it can convert a great portion of solar radiation into biomass. Thus, it can be considered one of the best models for studies of source-sink relationship. Brazil is one of the largest alcohol producers and exporters in the world, and sugarcane is considered one of the main current cultivars. The absence of information about its genome sequence led to the creation of the SUCEST program in late 1990, from which approximately 240,000 sequences called ESTs (Expression Sequence Tags) were made available, with a coverage of almost 90% of the sugarcane expressed genome. Thus, it was possible to develop a microarray platform with Agilent oligonucleotide with SUCEST components. Through the RIDESA improvement program and microarray analysis, it was possible to identify metabolic pathways that may be related to the regulation of sugarcane sucrose accumulation, especially those involving the plant hormones auxin and ethylene. The agro-technological and physiology data allowed the observation of a metabolic trade-off, where the sucrose accumulation appears to occur at the expense of fiber accumulation. The production of plants that are silenced or overexpressing a kinase from SnRK1 family, led by microrarray analysis, allowed the identification of differentially expressed genes that are involved in drought stress, such as a PP2C and dehydrin. In plants overexpressing a SnRK1, there is an increased sucrose content in the plant 88, which may indicate that overexpression of this kinase leads to an increase in leaf sucrose content. After obtaining the genomic sequence above the transcription start site of the same SnRK1, and a regulatory subunit Akinβγ, it was possible to identify by computer analysis conserved sequences involved in regulating hormonal response to dry and light responses, indicating that the gene transcription may arise from different plant responses. This work allowed new guidelines in the study of sucrose accumulation in the culm, suggesting that conserved signal transduction pathways and hormone mediated phosphorylation may be the main reason for this phenomenon in sugarcane.

O desestiolamento vegetal envolve a conversão de etioplastos em cloroplastos maduros e plenamente funcionais, sendo desencadeado pela luz através de um processo multifacetado que se baseia em redes de sinalização endógenas diversificadas e altamente coordenadas. Acredita-se que hormônios vegetais ou outras moléculas sinalizadoras, tais como o radical livre óxido nítrico (NO), desempenham papel importante na regulação desse conjunto de respostas fotomorfogênicas. No presente estudo, buscamos investigar, de forma integrada, a influência do NO, do etileno e das auxinas na indução do acúmulo de pigmentos fotossintéticos e desenvolvimentos dos cloroplastos desencadeados pela luz em plântulas de tomateiro (Solanum lycopersicum). Por meio da determinação do padrão temporal de acúmulo de pigmentos fotossintéticos, diferenciação de etioplastos em cloroplastos, flutuações nos teores endógenos de NO e na atividade e estado de ativação da nitrato redutase (NR) em plântulas do tipo selvagem (cultivar Micro-Tom, MT) e de mutantes fotomorfogênicos (áurea and high pigment 1) mantidas sob escuro contínuo ou expostas às luzes monocromáticas vermelha e azul, pudemos constatar uma clara correlação positiva entre a produção de NO via NR e a indução do acúmulo de pigmentos e desenvolvimento dos cloroplastos em resposta à luz. Dando suporte à importância da NR como fonte biossintética de NO nas plântulas de tomateiro em processo de desestiolamento, constatou-se que as diferentes estratégias empregadas com o intuito de inibir a indução da atividade dessa enzima em resposta à luz resultaram em reduções consideráveis na produção endógena de NO. De modo interessante, tratamentos com NO estimularam o acúmulo de pigmentos e a diferenciação plastidial nas células cotiledonares do mutante áurea sob luz vermelha, indicando, portanto, que essa molécula sinalizadora seria capaz de complementar a deficiência partial na percepção da luz vermelha característica desse mutante deficiente em fitocromos. Em paralelo, um antagonismo mútuo entre o NO e o etileno foi evidenciado por meio de uma série de constatações. (i) O acúmulo de pigmentos e diferenciação de cloroplastos induzidos nas plântulas de tomateiro em resposta às luzes vermelha e azul coincidiram temporalmente com um aumento e diminuição nas emissões de NO e etileno, respectivamente. (ii) Enquanto o NO se mostrou estimulatório ao acúmulo de pigmentos, tratamentos com etileno gasoso ou com o seu precursor (o ácido 1-aminociclopropano-1-carboxílico, ACC) drasticamente inibiram o acúmulo de pigmentos em resposta às luzes vermelha ou azul. (iii) Plântulas em processo de desestiolamento tratadas com etileno ou ACC apresentaram níveis reduzidos de NO, ao passo que plântulas do mutante com baixa sensibilidade ao etileno Never ripe (Nr) exibiram teores de NO endógeno significativamente aumentados. (iv) Plântulas de Nr em processo de desestiolamento apresentaram incrementos consideráveis tanto na atividade total quanto no estado de ativação da NR, uma enzima produtora de NO. (v) NO exógeno reduziu drasticamente a emissão de etileno em plântulas do mutante áurea mantidas sob luz vermelha. Em contrapartida, diversas evidências revelaram um sinergismo mútuo entre auxinas e NO durante o processo de destiolamento em plântulas de tomateiro. (i) O acúmulo de NO em resposta à luz coincidiu com um aumento na ativação do promotor sintético responsivo à auxinas DR5 em plantas de MT expostas às luzes vermelha ou azul. (ii) A suplementação com NO gasoso reestabeleceu a reduzida ativação do promotor DR5 observada em plântulas de áurea sob luz vermelha. (iii) Os teores endógenos de NO foram drasticamente aumentados e diminuídos em plântulas do mutante com baixa sensibilidade à auxinas (diageotropica) e no mutante hipersensível à auxinas (entire), respectivamente. Em conjunto, os dados obtidos parecem indicar que durante a indução do acúmulo de pigmentos fotossintéticos e diferenciação de cloroplastos em plântulas estioladas de tomateiro as interações NO-etileno e NO-auxinas seriam controladas via mecanismos regulatórios de retroalimentação positiva e negativa, respectivamente; e, assim, tais relações hormonais desempenhariam papel importante na coordenação da transição dessas plântulas do estado estiolado para o desenvolvimento fotomorfogênico / The transition from etiolated to green seedlings involves the conversion of etioplasts into mature, functional chloroplasts via a multifaceted light-driven process comprising multiple and tightly coordinated endogenous signaling networks. Plant hormones and other signaling molecules, such as the free radical nitric oxide (NO), are believed to play important roles in controlling the acquisition of these photomorphogenic traits. In the present study, we investigated, in an integrated way, the influence of NO, ethylene and auxins on the light-evoked greening and chloroplast development in tomato (Solanum lycopersicum) seedlings. By determining the time course of photosynthetic pigments accumulation, etioplast-to-chloroplast differentiation, fluctuations in endogenous NO content and in nitrate reductase (NR) total activity and activation state in wild type (Micro-Tom cultivar, MT) and in photomorphogenic mutants (aurea and high pigment 1) seedlings maintained under continuous darkness or exposed to monochromatic red (RL) or blue light (BL), we evidenced a clearly positive correlation between the NO production via NR and the light-induced cotyledon greening and chloroplast maturation. Supporting a role for NR as an important biosynthetic source of NO in de- etiolating tomato seedlings, different strategies employed to inhibit the light-evoked increment in the activity of this enzyme successfully reduced the endogenous NO production. Interestingly, exogenous NO stimulated greening and chloroplast differentiation in cotyledon cells of áurea seedlings maintained under RL, thereby indicating that this signaling molecule might complement the partial deficiency in RL perception characteristic of this phytochrome-deficient mutant. In parallel, a mutual antagonism between NO and ethylene was evidenced by a number of findings. (i) RL- or BL-induced greening and chloroplast differentiation in tomato seedlings temporally coincided with increases and decreases in NO and ethylene emission, respectively. (ii) Whereas NO stimulated cotyledon greening, treatments with gaseous ethylene or its precursor (1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid, ACC) severally impaired either RL- or BL-induced greening in MT. (iii) Ethylene- or ACC-treated de-etiolating seedlings presented significantly lower NO levels whereas the ethylene-insensitive Never ripe (Nr) mutant exhibited increased endogenous NO content. (iv) De-etiolating Nr seedlings exhibited increased total activity and activation state of the NO-generating enzyme NR. (v) Exogenous NO drastically reduced ethylene emission in au seedlings maintained under RL. On the other hand, a series of evidence indicated a mutual synergism between auxins and NO in de-etiolating tomato seedlings. (i) The light-induced NO accumulation coincided with an increased activation of the synthetic auxin-responsive promoter DR5 in both RL- and BL-exposed MT seedlings. (ii) Exogenous NO completely rescued the reduced activation of the DR5 promoter observed in au seedlings under RL. (iii) Endogenous NO was drastically decreased and increased in de-etiolating seedlings of auxin-insensitive (diageotropica) and auxin-hypersensitive (entire) tomato mutants, respectively. Taken together, these data reveal that negative and positive feedback regulatory loops orchestrate ethylene-NO and auxin-NO interactions during the light-triggered cotyledon greening and chloroplast differentiation in de-etiolating tomato seedlings, reinforcing the importance of these signaling molecules during the coordination of seedling transition from the etiolated state to photomorphogenic growth

O desenvolvimento e o amadurecimento de frutos são processsos complexos e organizados, ondeo fitormônios, como o ácido indol-3-acético (AIA), o ácido abscísico (ABA) e o etileno desempenham papel relevante. Dentro os processos característicos do amadurecimento, a degradação do amido apresenta impacto direto sobre a qualidade da manga, sendo practicamente todo degradao a síntese de sacarose. Várias enzimas participam da degradação do grânulo de amido, como também em bananas. A mobilização do amido em mangas Keitt parece estar dissociada temporalmente da evolução do etileno; e as variações nos níveis de AIA e ABA sugerem um possível papel na sinalização para mobilização do amido. A biossíntese da sacarose foi atrasada pelo 1-MCP, um antagonista do etileno, sugerindo redução na velocidade do fluxo de carbono do amido para síntese da sacarose que pode ser, resultante das alterações no metabolismo da maltose proveniente da degradação do amido. / The fruit development and ripening are organized and complex processes where phytohormones, like indol-3-acetic acid (IAA), abscisc acid (ABA) and ethylene have a pivotal role. In mango fruit one of the main metabolisms that have direct impact in the mango quality is the starch degradation, practically being all degrated the synthesis of sacarose. Some enzymes participate of the degradation, as hidrolases (alfa and beta-amylases, disproportionating enzymes) and phosphorylases, described also in bananas. The mobilization of the starch in Keitt mangoes it does not seem to be temporally associated with ethylene; and variations in the IAA and ABA levels suggest their possible role in the signalling for the starch. Sucrose biosynthesis was delayed by 1-MCP indicating a reduction in the speed of the carbon flux from the starch that it can be, resultant of the alterations in the metabolism of maltose provenient from the starch degradation.

The necrotrophic fungus Botrytis cinerea (B. cinerea) is one of the most aggressive and widespread pathogenic fungi, causing the gray mold disease in over 200 different plants species and severely impacting the quality of harvested fruits. Due to B. cinerea resistance to common synthetic fungicides and their ecological impact, there is a large demand for novel control approaches, such as bio-fungicides. The family of carotenoid-cleavage products, i.e. apocarotenoids, includes important compounds, such as hormones, signaling molecules and growth regulators. Previous studies indicated that the apocarotenoid B-ionone inhibits the growth of some fungal species. In this thesis, we unravel a novel role for B-ionone as a plant regulatory metabolite increasing the resistance against B. cinerea in several plant models. We achieved this by combining phenotypic, transcriptomic, and metabolomic analysis. We show that pretreatment of Arabidopsis plants with B-ionone significantly alleviated the symptoms of B. cinerea infection, modulated hormone homeostasis and affected the interactions between jasmonic acid (JA)/ethylene (ET) and abscisic acid (ABA) hormone signaling pathways β-ionone treatment stimulated JA/ET signaling pathways and repressed the synthesis of ABA upon B. cinerea infection, which reduced the susceptibility of Arabidopsis plants to B. cinerea. To get an overview on the effect of β-ionone on plants at transcript level, we performed an RNA-seq experiment that supported our hypothesis that B-ionone primes and enhances the Arabidopsis immune response to B. cinerea infection and raveled the effect of this volatile on the expression of several transcription factors involved in Arabidopsis immune response to B. cinerea and on transcripts related to cell wall biosynthesis, Map Kinase 3 signaling and hypoxia tolerance. Further experiments performed with transgenic tobacco and tomato plants confirmed the positive role of β-ionone in reducing the symptoms of B. cinerea in green tissues as well as in tomato fruits. The discovery of β-ionone as a new apocarotenoid signaling molecule that regulates plant hormone homeostasis opens up new possibility to control B. cinerea infection and to establish this natural volatile as an environmentally friendly and safe bio-fungicide.

The objective of this work was to determine if summer dormancy of boxwood could be removed either through nutritional or hormonal means. Buxus sempervirens L. "Suffruticosa", B. sempervirens "Vardar Valley", and B sinica var. insularis (Nakai) "Justin Brouwers" were used for these studies. In the nutrition study, experiments were conducted to examine the effects of various levels of Osmocote 15-9-12 and liquid 10-4-6 on growth of boxwood. Optimal shoot dry weight was achieved at applications of 12 to 16 g Osmocote and 100 – 150 ppm N liquid fertilizer. Leachate EC corresponding to optimal shoot dry weight ranged from 0.5 to 0.7 dS/m for Osmocote and from 0.7 to 1.5 dS/m for liquid fertilizer. While the fertilizer requirements for boxwood optimal dry weight accumulation were determined, additional flushes of growth subsequent to the initial spring flush did not occur for "Vardar Valley" and English boxwood. In the phytohormone study, experiments were conducted that examined the effects of pruning, Promalin (GA4+7 and BA), and defoliation on the growth of three boxwood species. While Promalin applied alone or in conjunction with pruning shows promise of increasing new shoot growth, its response was not consistent from experiment to experiment. In fact, when it was applied in conjunction with defoliation, it dramatically decreased number of new shoots and actually resulted in some shoot mortality. Pruning was also erratic in its promotion of new shoots. Defoliation increased new shoot number dramatically and shows the most promise in overcoming summer dormancy. / Master of Science