O tema central deste trabalho envolve o estudo de um possível entrosamento morfologia-química nas plantas. Um resumo dos tópicos básicos sobre a evolução da vida, passando da evolução química à evolução bioquímica até a evolução micromolecular, tenta situar o metabolismo especial (secundário) em um contexto geral de mudanças e tendências. Para conectar as informações sobre evolução angiospérmica a esses conceitos fundamentais, utiliza-se uma metodologia que permite a coleta e codificação dos dados, contagem do número de ocorrências, cálculo de índices de oxidação para substâncias e de herbacidade em nível de família, além da construção de perfis micromoleculares, de diferentes classes de metabólitos especiais. Verificado serem os polifenóis do tipo gálico, proantocianidínico e caféico os metabólitos que caracterizam com maior generalidade as angiospermas, são descritos seus diferentes tipos estruturais, e os sistemas gráficos utilizados para inseri-los em alguns contextos evolutivos. Diversas correlações foram necessárias para tentar encontrar um elo entre os dois tipos de características, morfologia e química. Quanto à morfologia, três padrões foram utilizados: o tipo do hábito, representado pelo índice de herbacidade; a circunscrição de grupos angiospérmicos, indicado pelas subclasses Magnoliidae sensu lato, Rosidae sensu lato e Asteridae e a idade de surgimento de famílias de plantas floríferas, através de dados de datação de pólens fósseis. Quanto à química, a escolha conduziu aos polifenóis do tipo gálico, proantocianidíco e caféico. Significativas correlações positivas ocorreram entre todas as três tendências evolutivas morfológicas (indicadas pelo aumento da herbacidade, pela transição Magnoliidae sensu lato, Rosidae sensu lato e Asteridae e pela diminuição da idade das famílias) e a inibição do acúmulo de gaIatos e de proantocianidinas em diferentes níveis hierárquicos. De maneira inversa ocorreu a evolução de cafeoiltaninos, mais abundantes nos grupos mais evoluídos. Comparações entre esses polifenóis e outras classes micromoleculares, sugerem que o poder antioxidante de galotaninos e proantocianidinas reduz a variabilidade das outras classes de metabólitos. Conclui-se assim, que o entrosamento morfologia-química em angiospermas é devido à tendência de deslignificação. Essa tendência não apenas tem consequências evidentes com respeito ao hábito das plantas, mas também influencia vários passos do caminho biossintético do ácido chiquímico na produção de metabólitos especiais. Dois são os pontos críticos dessa via: um se refere a atividade da fenilalanina amônialiase (PAL), ativada pelo ácido gálico e inibida pelo ácido caféico, e outro se refere a atividade dos sistemas enzimáticos envolvidos na lignificação, cuja desativação resulta no acúmulo do ácido caféico. / The central topic of this work involves the study of possible morphologicaI and chemical correlations in plants. A summary of the basic subjects about the evolution of life, from chemical through biochemical up to micromolecular aspects, tries to situate special (secondary) metabolism in a general context of changes and trends. In order to make a connection between the information concerning angiosperm evoIution and those fundamental concepts, an appropriate methodology was used. This methodology made it possible to collect and to codify the data, to count the number of occurrences, and to calculate the oxidation indices for the substances, as well as to deduce, for angiosperm families, the herbacity indices and the micromoIecuIar profiles of different classes of special metabolites. After having verified that polyphenols of the gallic, proanthocyanidinic, and caffeic types are the metabolites which characterize the angiosperms in a more general way, their different structural types were considered, and graphic systems were used to insert them in some evolutionary contexts. Several correlations were tested in order to find a link between morphological and chemical characteristics. As far as morphology is concerned, three patterns were used: the type of habit, represented by the herbacity index; the circumscription of angiospermic groups, represented by the subclasses Magnoliidae sensu lato, Rosidae sensu lato and Asteridae, and the time that families of flowering plants appeared, indicated by the age of fossil pollens. As to chemistry, the polyphenols of the gallic, proanthocyanidinic and caffeic types were chosen. Significant positive correlations were observed to occur among the three morphological evolutionary trends (indicated by a decrease of lignosity, by the transition from Magnoliidae sensu lato through Rosidae sensu lato towars Asteridae, and by reduction of the ages of families), and the inhibition gallate and of proanthocyanidin accumulation on different hierarchic ranks. The evolution of caffeoyltannins occurred in the opposite way; they are accumulated preferentially in more higly envolved groups. Comparisons between these polyphenols and other micromolecular classes suggest that the antioxidant potency of gallotannins and proanthocyanidins decreases the variability of other classes of metabolites. Hence it is concluded that the morphological and chemical correlation in plant is due to their trend towards delignification. This trend does not result in the evident consequences with respect to plant habit, but also exerts an influence on several steps of the shikimic acid pathway for the biosynthesis of special metabolites. Two crucial steps of this route involve the activity of phenylalanine ammonia-lyase (PAL) enhanced by gallic acid and inhibited by caffeic acid, and the activity of the enzyme systems associated with lignification, the inhibition of which results in accumulation of caffeic acid.

O tema central deste trabalho envolve o estudo de um possível entrosamento morfologia-química nas plantas. Um resumo dos tópicos básicos sobre a evolução da vida, passando da evolução química à evolução bioquímica até a evolução micromolecular, tenta situar o metabolismo especial (secundário) em um contexto geral de mudanças e tendências. Para conectar as informações sobre evolução angiospérmica a esses conceitos fundamentais, utiliza-se uma metodologia que permite a coleta e codificação dos dados, contagem do número de ocorrências, cálculo de índices de oxidação para substâncias e de herbacidade em nível de família, além da construção de perfis micromoleculares, de diferentes classes de metabólitos especiais. Verificado serem os polifenóis do tipo gálico, proantocianidínico e caféico os metabólitos que caracterizam com maior generalidade as angiospermas, são descritos seus diferentes tipos estruturais, e os sistemas gráficos utilizados para inseri-los em alguns contextos evolutivos. Diversas correlações foram necessárias para tentar encontrar um elo entre os dois tipos de características, morfologia e química. Quanto à morfologia, três padrões foram utilizados: o tipo do hábito, representado pelo índice de herbacidade; a circunscrição de grupos angiospérmicos, indicado pelas subclasses Magnoliidae sensu lato, Rosidae sensu lato e Asteridae e a idade de surgimento de famílias de plantas floríferas, através de dados de datação de pólens fósseis. Quanto à química, a escolha conduziu aos polifenóis do tipo gálico, proantocianidíco e caféico. Significativas correlações positivas ocorreram entre todas as três tendências evolutivas morfológicas (indicadas pelo aumento da herbacidade, pela transição Magnoliidae sensu lato, Rosidae sensu lato e Asteridae e pela diminuição da idade das famílias) e a inibição do acúmulo de gaIatos e de proantocianidinas em diferentes níveis hierárquicos. De maneira inversa ocorreu a evolução de cafeoiltaninos, mais abundantes nos grupos mais evoluídos. Comparações entre esses polifenóis e outras classes micromoleculares, sugerem que o poder antioxidante de galotaninos e proantocianidinas reduz a variabilidade das outras classes de metabólitos. Conclui-se assim, que o entrosamento morfologia-química em angiospermas é devido à tendência de deslignificação. Essa tendência não apenas tem consequências evidentes com respeito ao hábito das plantas, mas também influencia vários passos do caminho biossintético do ácido chiquímico na produção de metabólitos especiais. Dois são os pontos críticos dessa via: um se refere a atividade da fenilalanina amônialiase (PAL), ativada pelo ácido gálico e inibida pelo ácido caféico, e outro se refere a atividade dos sistemas enzimáticos envolvidos na lignificação, cuja desativação resulta no acúmulo do ácido caféico. / The central topic of this work involves the study of possible morphologicaI and chemical correlations in plants. A summary of the basic subjects about the evolution of life, from chemical through biochemical up to micromolecular aspects, tries to situate special (secondary) metabolism in a general context of changes and trends. In order to make a connection between the information concerning angiosperm evoIution and those fundamental concepts, an appropriate methodology was used. This methodology made it possible to collect and to codify the data, to count the number of occurrences, and to calculate the oxidation indices for the substances, as well as to deduce, for angiosperm families, the herbacity indices and the micromoIecuIar profiles of different classes of special metabolites. After having verified that polyphenols of the gallic, proanthocyanidinic, and caffeic types are the metabolites which characterize the angiosperms in a more general way, their different structural types were considered, and graphic systems were used to insert them in some evolutionary contexts. Several correlations were tested in order to find a link between morphological and chemical characteristics. As far as morphology is concerned, three patterns were used: the type of habit, represented by the herbacity index; the circumscription of angiospermic groups, represented by the subclasses Magnoliidae sensu lato, Rosidae sensu lato and Asteridae, and the time that families of flowering plants appeared, indicated by the age of fossil pollens. As to chemistry, the polyphenols of the gallic, proanthocyanidinic and caffeic types were chosen. Significant positive correlations were observed to occur among the three morphological evolutionary trends (indicated by a decrease of lignosity, by the transition from Magnoliidae sensu lato through Rosidae sensu lato towars Asteridae, and by reduction of the ages of families), and the inhibition gallate and of proanthocyanidin accumulation on different hierarchic ranks. The evolution of caffeoyltannins occurred in the opposite way; they are accumulated preferentially in more higly envolved groups. Comparisons between these polyphenols and other micromolecular classes suggest that the antioxidant potency of gallotannins and proanthocyanidins decreases the variability of other classes of metabolites. Hence it is concluded that the morphological and chemical correlation in plant is due to their trend towards delignification. This trend does not result in the evident consequences with respect to plant habit, but also exerts an influence on several steps of the shikimic acid pathway for the biosynthesis of special metabolites. Two crucial steps of this route involve the activity of phenylalanine ammonia-lyase (PAL) enhanced by gallic acid and inhibited by caffeic acid, and the activity of the enzyme systems associated with lignification, the inhibition of which results in accumulation of caffeic acid.

<p>  </p> <p>Shikonin is 1,4-naphthoquinones produced exclusively in Boraginaceae species. The compound and its derivatives are predominantly made in roots where they function in mediating plant-plant (allelopathic) and plant-microbe interactions. Moreover, this compound has been a target for drug development due to its strong anti-cancer properties. Our genome assembly and analysis of <em>Lithospermum erythrorhizon</em> uncovered metabolic innovation events that contributed to the evolution of the shikonin biosynthesis. This metabolic innovation also reveals the evolutionary link between shikonin biosynthesis and ubiquinone biosynthesis, one of the central metabolism functions in aerobic cellular respiration. To explore additional links between these two pathways, we used a transcriptome-based network analysis which uncovered a shikonin gene network model that predicts strong associations between primary metabolic pathway genes and known shikonin biosynthesis genes, as well as links with uncharacterized genes. <em>L. erythrorhizon</em> geranyldiphosphate (GPP) synthase (<em>LeGPPS</em>) is one of the candidates predicted by the network analysis, of which encodes a cytoplasmic enzyme shown in vitro to produce GPP. Knocking down of <em>LeGPPS</em> in <em>L. erythrorhizon </em>hairy roots (<em>LeGPPSi </em>lines) results in reduced shikonin content. This result provides functional evidence that cytoplasmic LeGPPS supplies GPP precursor to the shikonin biosynthesis. <em>LeGPPSi </em>lines also increased ubiquinone content, further supporting our hypothesis on the metabolic and evolutionary connection between shikonin and ubiquinone biosynthesis. Further RNA-seq analysis of the <em>LeGPPSi</em> line showed that downregulating <em>LeGPPS</em> significantly reduces the expression of benzenoid/phenylpropanoid genes, indicating the presence of factors that coordinately regulate the pathways providing the 4-hydroxybenzoic acid and GPP precursors to the shikonin pathway. In addition to <em>LeGPPS</em>, we also found<em> ubiquinone biosynthesis protein COQ4-like </em>gene (<em>LeCOQ4-L</em>) which provided another evolutionary link between shikonin and ubiquinone biosynthesis. The enzymatic activity of canonical COQ4 is unknown. In yeast, the protein is essential for ubiquinone biosynthesis and its metabolon formation. With the existing connections between shikonin and ubiquinone biosynthesis, if LeCOQ4 functions in the same manner as yeast COQ4, it is possible that <em>LeCOQ4-L </em>has an analogous function in shikonin biosynthesis as a structural protein for stabilizing biosynthesis metabolon. This leads us to the characterization of<em> COQ4</em> ortholog in Arabidopsis (<em>AtCOQ4</em>) to gain insight into its functional mechanism. Characterization of <em>atcoq4 </em>T-DNA mutant line showed that reduced <em>AtCOQ4</em> expression resulted in reduced ubiquinone. Further subcellular localization study revealed that AtCOQ4 and <em>LeCOQ4-L</em> localize in mitochondria without conventional transit peptide. We also performed pull-down assay to identify AtCOQ4 interactors which might be the missing enzymes that cannot be identified based on homology. 80 potential AtCOQ4 interactors were found including proteins like AtCHLM, GRIM-19, and AtSSLs. However, further study is needed to verify the protein interactions captured by pull-down assay. Taken all together, our study sheds light on the metabolic innovations that give rise to shikonin biosynthesis from ubiquinone biosynthesis and provide insight into the dynamics of the metabolic networks.</p>

The aim of this thesis was to explore the use of genome-scale metabolic models to predict metabolic fluxes in plant tissues. Results from this thesis showed that the application of constraint-based modelling, namely flux balance analysis, to an Arabidopsis genome-scale metabolic model gave accurate predictions of metabolic fluxes in heterotrophic cell culture and in photosynthetic leaves. Two major factors important for the accuracy of model predictions were highlighted from the study: 1) the inclusion of energetic costs for transports and cellular maintenance in terms of ATP and NADPH; 2) consideration of the interactions between light and dark metabolism in modelling photosynthetic leaves. This study began with the construction of a well-curated and compartmented genome-scale metabolic model of Arabidopsis. Using the model, cellular maintenance costs in a heterotrophic cell culture under control and two stress conditions were estimated in terms of ATP and reductant usage. The results suggested that the cells were not stressed under hyperosmotic conditions. Comparisons between model predictions and experimentally estimated flux maps showed that the inclusion of transport and maintenance costs was important for obtaining accurate model flux predictions. To model leaf metabolism over a day-night cycle, a diel modelling framework was developed which took into account the interactions between light and dark metabolism. Numerous known features of metabolism in a C₃ leaf were predicted such as the nocturnal accumulation of citrate utilised for diurnal glutamate and glutamine synthesis and the operation of an incomplete TCA cycle during the day. Using the Arabidopsis genome-scale metabolic model and the diel modelling framework, the operation of the CAM cycle was predicted as a direct consequence of blocking the CO₂ exchange with the external air during the day to simulate closure of the stomata. Comparisons between model predictions of C₃ and various subtypes of CAM leaves suggested that photon and nitrogen use efficiencies are unlikely to be the driving forces for the evolution of CAM plants under the current atmospheric CO₂ concentration. Finally, the model was utilised to predict the changes in metabolic fluxes, in particular fluxes through various routes of alternative electron flow, in a C₃ leaf with varying light intensity, nitrogen availability and at different stages of leaf development. From the model flux predictions, it was shown that constraint-based modelling can be utilised to elucidate the distinct metabolic roles of enzymes in different subcellular compartments and the tissue-specific use of distinct forms of enzymes with different coenzyme specificities.

O enfezamento vermelho do milho, causado por um fitoplasma, é uma das mais importantes doenças da cultura. Os danos ocasionados são relevantes, resultando em perdas econômicas significativas. Aspectos relacionados à interação milho-fitoplasma têm sido pouco investigados e, por consequência, são escassas as informações sobre alterações fisiológicas e bioquímicas que ocorrem no hospedeiro. O objetivo do presente trabalho foi justamente estudar as alterações bioquímicas que ocorrem em plantas de milho infectadas pelo agente causal do enfezamento vermelho. O trabalho foi desenvolvido em duas etapas. Na primeira, foram determinadas as alterações no conteúdo de proteínas e fenóis e na atividade das enzimas ß-1,3 glucanase e quitinase em nove híbridos comerciais de milho, experimentalmente inoculados com o fitoplasma. Na segunda etapa, dentre os nove híbridos, foram selecionados o mais resistente e o mais suscetível, sendo feita avaliação das alterações de proteínas, fenóis, clorofilas, açúcares redutores, peroxidase, ß-1,3 glucanase e quitinase em plantas infectadas pelo fitoplasma. Os ensaios foram conduzidos em casas teladas, sendo as plantas inoculadas aos 10 dias após a semeadura, através de 7-10 insetos infectivos da cigarrinha Dalbulus maidis por planta. A partir do aparecimento dos sintomas, amostras de folhas foram analisadas periodicamente para as determinações dos parâmetros bioquímicos. Para os nove híbridos, foi demonstrado um aumento médio de 20% no teor de proteínas, 90% de fenóis, 140% de quitinase e de 160% de ß-1,3 glucanase, em plantas inoculadas. Nos ensaios com os híbridos resistente e suscetível inoculados, os resultados mostraram que houve um aumento em todos os parâmetros bioquímicos avaliados, exceção feita à clorofila, cujo teor foi reduzido em função da infecção pelo patógeno. De modo geral, os valores obtidos para os diferentes parâmetros foram mais elevados no híbrido suscetível quando comparados ao híbrido resistente. O aumento das concentrações de proteínas, açúcares redutores e fenóis em plantas inoculadas revela alteração nos processos metabólicos do hospedeiro decorrentes da infecção pelo patógeno. Alterações nas atividades enzimáticas parecem fazer parte de uma resposta inespecífica de defesa. A redução na quantidade de clorofila total indica que o fitoplasma pode interferir no mecanismo fotossintético, podendo levar ao aceleramento do processo de senescência foliar. / Maize bushy stunt , caused by a phytoplasma, is an important disease of corn crop. The damages are relevant, resulting in significant economic losses. Aspects related to corn-phytoplasma interaction has been little investigated and consequently information about physiological and biochemical alterations that occur in the host are rare. Thus, the objective of the present work was to study biochemical alterations that occur in corn plants infected by the maize bushy stunt phytoplasma. The work was carried out on two steps. First, using 9 commercial hybrids, alterations in the levels of protein and phenol and in the activities of the enzymes b-1,3 glucanase and chitinase, in plants inoculated with the phytoplasma were determinated. In the second step, among the 9 hybrids the most resistant and the most susceptible one was selected and changes in protein, phenol, clorophyl, reducing sugar, peroxidase, b-1,3 glucanase and chitinase in infected plants. were evaluated. The experiments were carried out inside greenhouse, and the corn plants were inoculated by using infective Dalbulus maidis leafhoppers 10 days after seeding. When symptoms started to appear, leaf samples were harvested at different times for the biochemical analyses. It was shown an average increase of 20% in protein and 90% in phenol content and increases around 140% and 160% in the activities of chitinases and b-1,3-glucanases, respectively, in all 9 hybrids tested. When only the most susceptible and resistant hybrids were inoculated, the results showed an increase in all biochemical parameters evaluated, with exception for the chlorophyll content that decreased. In a general way, the values observed for the compounds and enzyme activities were higher in the susceptible hybrid when compared to the resistant one. The increases in protein, reducing sugar and phenol contents in inoculated plants point out changes in host metabolism due to the phytoplasma. The changes in enzyme activity seems to be an unspecific response of the plant to the pathogen and the reduction in chlorophyll content shows that the phytoplasma can interfere in photosynthesis and perhaps speedy senescence in the leaf tissue.

Araucaria angustifolia é a única conífera nativa com importância econômica no Brasil. A espécie está incluída na lista oficial de espécies de plantas ameaçadas de extinção. A embriogênese somática é considerada como uma das ferramentas biotecnológicas mais promissoras na área de biotecnologia de plantas. A identificação de marcadores, que possam ser utilizados, para a seleção de genótipos aptos ao desenvolvimento do embrião somático é altamente desejável, uma vez que o desenvolvimento apropriado do embrião somático é extremamente dependente do genótipo. O presente trabalho teve como objetivo estudar e identificar marcadores bioquímicos e moleculares associados à competência para embriogênese somática em A. angustifolia. Culturas embriogênicas de genótipos com diferentes potenciais embriogênicos apresentaram diferenças nos parâmetros bioquímicos e moleculares avaliados (Poliaminas, expressão dos genes AaSERK1 e AaPP2C, proteoma). O presente trabalho propõe a utilização destes parâmetros como possíveis marcadores do potencial embriogênico no sistema A. angustifolia. / The Araucaria angustifolia is the only native conifer species with economical importance in Brazil. Recently, the species was included in the official list of endangered plant species. Somatic embryogenesis, i.e., in vitro asexual production of embryos is considered one of the most promising biotechnological tools in the area of plant biotechnology. Since the development of somatic embryos is dependent of the genotype, the identification of markers that could be used in the selection of genotypes which can develop somatic embryos is highly desirable. The main objective of the present work is to study and identify biochemical and molecular markers associated with competence for somatic embryogenesis in A. angustifolia. The evaluation of biochemical and molecular aspects (Polyamines, AaSERK1 and AaPP2C gene expression and proteome) indicated differences between embryogenic cultures of genotypes with different embryogenic potential. This work proposes the utilization of these parameters as possible markers of embryogenic potential in the system A. angustifolia.

A poluição por metais pesados, particularmente pelo cádmio, considerado um dos mais tóxicos é gerada principalmente pelas atividades de mineração e industriais, utilização de lodo de esgoto e fertilizantes fosfatados. Estes últimos contém o Cd em sua composição e sua utilização na agricultura tem aumentado a concentração desse metal no solo, reservas hídricas e plantas, o que pode aumentar a bioacumulação via cadeia alimentar. Identificou-se um grupo de peptídeos denominados fitoquelatinas (PCs), capazes de se ligar aos íons de metais pesados, incluindo o Cd e assim desintoxicando as células pela diminuição dos íons livres no citoplasma. Entretanto, danos oxidativos frequentemente ocorrem quando há exposição aos metais pesados, devido a intensificação na produção de espécies ativas de oxigênio. Também uma classe de enzimas antioxidantes tem sido relatada no combate às EAOs decorrentes do estresse oxidativo. Plantas expostas aos metais pesados apresentam alterações nas atividades dessas enzimas. Portanto, o estudo dessas alterações pode fornecer dados importantes relativos aos níveis de tolerância, especificidade da resposta em diferentes espécies e níveis de poluição no ambiente. Esses dados podem ser úteis em programas de melhoramento para obtenção de plantas mais tolerantes, além de estudos relacionados a bioacumulação e fitorremediação, uma vez que plantas tolerantes podem ajudar a diminuir a quantidade de metais nos solos contaminados. Neste trabalho, foi observado alterações nas atividades de CAT e peroxidases em células de BY-2 e um aumento expressivo na atividade de GR. A SOD apresentou alterações em isoformas específicas. Os resultados sugerem que o mecanismo principal de defesa ao estresse por Cd em células BY-2 foi variável durante o tempo de exposição ao metal. Possivelmente a síntese de GSH tanto como substrato para fitoquelatinas quanto para GST foi significativa durante a fase inicial de estresse, sendo que a atividade de CAT e peroxidases são importantes durante o período final, onde provavelmente o estresse tornou-se mais severo. / The contamination of environments by heavy metal pollution, mainly by cádmium (Cd), considered one of the more toxic, is generated by mining and industrial activities, and sewage sludge and phosphated fertilizers used in agriculture. The latter contains Cd in its composition and with continuous agricultural utilization an increase in the heavy metals levels in soils, plants and water sources, have been observed which may contribute to the bioaccumulation and biomagnification in the food chain. A group of peptides termed phytochelatins (PCs) has been identified and are capable of binding heavy metal ions, including Cd and detoxifying the cells by the reduction of free ions in the cytosol. However, oxidative damage often occurs due to the generation of oxygen reactive species induced by heavy metals. A class of antioxidant enzymes has been reported for the scavenging of the oxygen reactive species. Plants exposed to heavy metals may exhibit alteration in enzyme activity. The study of such a response may allow the evaluation levels of tolerance, specificity the response of distinct plant species to levels of pollution in the environment. These data may be useful in breeding programs to select tolerant plants. Moreover, tolerant plants may be used in phytorremediation, by reducing the amount of heavy metals in contaminated soils. In this study, it was observed alterations in CAT and peroxidases activities in BY-2 cells and an extensive increase in GR activity. SOD activity was altered in the isoforms analysed. The results suggest that in BY-2 cells the main defence system to Cd stress is variable during the heavy metal exposure time. The synthesis of GSH, which is used in the synthesis of phytochelatins and substrate for GST is evident during the onset of the stress with CAT and peroxidases taking over the antioxidative responses once the stress becomes severe.

Araucaria angustifolia é a única conífera nativa com importância econômica no Brasil. A espécie está incluída na lista oficial de espécies de plantas ameaçadas de extinção. A embriogênese somática é considerada como uma das ferramentas biotecnológicas mais promissoras na área de biotecnologia de plantas. A identificação de marcadores, que possam ser utilizados, para a seleção de genótipos aptos ao desenvolvimento do embrião somático é altamente desejável, uma vez que o desenvolvimento apropriado do embrião somático é extremamente dependente do genótipo. O presente trabalho teve como objetivo estudar e identificar marcadores bioquímicos e moleculares associados à competência para embriogênese somática em A. angustifolia. Culturas embriogênicas de genótipos com diferentes potenciais embriogênicos apresentaram diferenças nos parâmetros bioquímicos e moleculares avaliados (Poliaminas, expressão dos genes AaSERK1 e AaPP2C, proteoma). O presente trabalho propõe a utilização destes parâmetros como possíveis marcadores do potencial embriogênico no sistema A. angustifolia. / The Araucaria angustifolia is the only native conifer species with economical importance in Brazil. Recently, the species was included in the official list of endangered plant species. Somatic embryogenesis, i.e., in vitro asexual production of embryos is considered one of the most promising biotechnological tools in the area of plant biotechnology. Since the development of somatic embryos is dependent of the genotype, the identification of markers that could be used in the selection of genotypes which can develop somatic embryos is highly desirable. The main objective of the present work is to study and identify biochemical and molecular markers associated with competence for somatic embryogenesis in A. angustifolia. The evaluation of biochemical and molecular aspects (Polyamines, AaSERK1 and AaPP2C gene expression and proteome) indicated differences between embryogenic cultures of genotypes with different embryogenic potential. This work proposes the utilization of these parameters as possible markers of embryogenic potential in the system A. angustifolia.

O enfezamento vermelho do milho, causado por um fitoplasma, é uma das mais importantes doenças da cultura. Os danos ocasionados são relevantes, resultando em perdas econômicas significativas. Aspectos relacionados à interação milho-fitoplasma têm sido pouco investigados e, por consequência, são escassas as informações sobre alterações fisiológicas e bioquímicas que ocorrem no hospedeiro. O objetivo do presente trabalho foi justamente estudar as alterações bioquímicas que ocorrem em plantas de milho infectadas pelo agente causal do enfezamento vermelho. O trabalho foi desenvolvido em duas etapas. Na primeira, foram determinadas as alterações no conteúdo de proteínas e fenóis e na atividade das enzimas ß-1,3 glucanase e quitinase em nove híbridos comerciais de milho, experimentalmente inoculados com o fitoplasma. Na segunda etapa, dentre os nove híbridos, foram selecionados o mais resistente e o mais suscetível, sendo feita avaliação das alterações de proteínas, fenóis, clorofilas, açúcares redutores, peroxidase, ß-1,3 glucanase e quitinase em plantas infectadas pelo fitoplasma. Os ensaios foram conduzidos em casas teladas, sendo as plantas inoculadas aos 10 dias após a semeadura, através de 7-10 insetos infectivos da cigarrinha Dalbulus maidis por planta. A partir do aparecimento dos sintomas, amostras de folhas foram analisadas periodicamente para as determinações dos parâmetros bioquímicos. Para os nove híbridos, foi demonstrado um aumento médio de 20% no teor de proteínas, 90% de fenóis, 140% de quitinase e de 160% de ß-1,3 glucanase, em plantas inoculadas. Nos ensaios com os híbridos resistente e suscetível inoculados, os resultados mostraram que houve um aumento em todos os parâmetros bioquímicos avaliados, exceção feita à clorofila, cujo teor foi reduzido em função da infecção pelo patógeno. De modo geral, os valores obtidos para os diferentes parâmetros foram mais elevados no híbrido suscetível quando comparados ao híbrido resistente. O aumento das concentrações de proteínas, açúcares redutores e fenóis em plantas inoculadas revela alteração nos processos metabólicos do hospedeiro decorrentes da infecção pelo patógeno. Alterações nas atividades enzimáticas parecem fazer parte de uma resposta inespecífica de defesa. A redução na quantidade de clorofila total indica que o fitoplasma pode interferir no mecanismo fotossintético, podendo levar ao aceleramento do processo de senescência foliar. / Maize bushy stunt , caused by a phytoplasma, is an important disease of corn crop. The damages are relevant, resulting in significant economic losses. Aspects related to corn-phytoplasma interaction has been little investigated and consequently information about physiological and biochemical alterations that occur in the host are rare. Thus, the objective of the present work was to study biochemical alterations that occur in corn plants infected by the maize bushy stunt phytoplasma. The work was carried out on two steps. First, using 9 commercial hybrids, alterations in the levels of protein and phenol and in the activities of the enzymes b-1,3 glucanase and chitinase, in plants inoculated with the phytoplasma were determinated. In the second step, among the 9 hybrids the most resistant and the most susceptible one was selected and changes in protein, phenol, clorophyl, reducing sugar, peroxidase, b-1,3 glucanase and chitinase in infected plants. were evaluated. The experiments were carried out inside greenhouse, and the corn plants were inoculated by using infective Dalbulus maidis leafhoppers 10 days after seeding. When symptoms started to appear, leaf samples were harvested at different times for the biochemical analyses. It was shown an average increase of 20% in protein and 90% in phenol content and increases around 140% and 160% in the activities of chitinases and b–1,3-glucanases, respectively, in all 9 hybrids tested. When only the most susceptible and resistant hybrids were inoculated, the results showed an increase in all biochemical parameters evaluated, with exception for the chlorophyll content that decreased. In a general way, the values observed for the compounds and enzyme activities were higher in the susceptible hybrid when compared to the resistant one. The increases in protein, reducing sugar and phenol contents in inoculated plants point out changes in host metabolism due to the phytoplasma. The changes in enzyme activity seems to be an unspecific response of the plant to the pathogen and the reduction in chlorophyll content shows that the phytoplasma can interfere in photosynthesis and perhaps speedy senescence in the leaf tissue.

A poluição por metais pesados, particularmente pelo cádmio, considerado um dos mais tóxicos é gerada principalmente pelas atividades de mineração e industriais, utilização de lodo de esgoto e fertilizantes fosfatados. Estes últimos contém o Cd em sua composição e sua utilização na agricultura tem aumentado a concentração desse metal no solo, reservas hídricas e plantas, o que pode aumentar a bioacumulação via cadeia alimentar. Identificou-se um grupo de peptídeos denominados fitoquelatinas (PCs), capazes de se ligar aos íons de metais pesados, incluindo o Cd e assim desintoxicando as células pela diminuição dos íons livres no citoplasma. Entretanto, danos oxidativos frequentemente ocorrem quando há exposição aos metais pesados, devido a intensificação na produção de espécies ativas de oxigênio. Também uma classe de enzimas antioxidantes tem sido relatada no combate às EAOs decorrentes do estresse oxidativo. Plantas expostas aos metais pesados apresentam alterações nas atividades dessas enzimas. Portanto, o estudo dessas alterações pode fornecer dados importantes relativos aos níveis de tolerância, especificidade da resposta em diferentes espécies e níveis de poluição no ambiente. Esses dados podem ser úteis em programas de melhoramento para obtenção de plantas mais tolerantes, além de estudos relacionados a bioacumulação e fitorremediação, uma vez que plantas tolerantes podem ajudar a diminuir a quantidade de metais nos solos contaminados. Neste trabalho, foi observado alterações nas atividades de CAT e peroxidases em células de BY-2 e um aumento expressivo na atividade de GR. A SOD apresentou alterações em isoformas específicas. Os resultados sugerem que o mecanismo principal de defesa ao estresse por Cd em células BY-2 foi variável durante o tempo de exposição ao metal. Possivelmente a síntese de GSH tanto como substrato para fitoquelatinas quanto para GST foi significativa durante a fase inicial de estresse, sendo que a atividade de CAT e peroxidases são importantes durante o período final, onde provavelmente o estresse tornou-se mais severo. / The contamination of environments by heavy metal pollution, mainly by cádmium (Cd), considered one of the more toxic, is generated by mining and industrial activities, and sewage sludge and phosphated fertilizers used in agriculture. The latter contains Cd in its composition and with continuous agricultural utilization an increase in the heavy metals levels in soils, plants and water sources, have been observed which may contribute to the bioaccumulation and biomagnification in the food chain. A group of peptides termed phytochelatins (PCs) has been identified and are capable of binding heavy metal ions, including Cd and detoxifying the cells by the reduction of free ions in the cytosol. However, oxidative damage often occurs due to the generation of oxygen reactive species induced by heavy metals. A class of antioxidant enzymes has been reported for the scavenging of the oxygen reactive species. Plants exposed to heavy metals may exhibit alteration in enzyme activity. The study of such a response may allow the evaluation levels of tolerance, specificity the response of distinct plant species to levels of pollution in the environment. These data may be useful in breeding programs to select tolerant plants. Moreover, tolerant plants may be used in phytorremediation, by reducing the amount of heavy metals in contaminated soils. In this study, it was observed alterations in CAT and peroxidases activities in BY-2 cells and an extensive increase in GR activity. SOD activity was altered in the isoforms analysed. The results suggest that in BY-2 cells the main defence system to Cd stress is variable during the heavy metal exposure time. The synthesis of GSH, which is used in the synthesis of phytochelatins and substrate for GST is evident during the onset of the stress with CAT and peroxidases taking over the antioxidative responses once the stress becomes severe.