Orientador: Rafael Silva Oliveira / Texto em português e inglês / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-25T08:28:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Teodoro_GrazielleSales_D.pdf: 9847099 bytes, checksum: dea93bd8d08793dfcbbfed314d895252 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Eventos de secas extremas têm ocorrido com frequência nos últimos anos em regiões tropicais. Plantas em montanhas tropicais são particularmente sensíveis a mudanças no clima e pouco se sabe sobre a resistência e resiliência de comunidades vegetais ricas em espécies, como os campos rupestres, a condições climáticas extremas. Nosso objetivo foi avaliar as respostas fenológicas e ecofisiológicas e o crescimento de seis espécies abundantes de campo rupestre sob condições de seca extrema, sendo duas rosetas (Vellozia nivea e Vellozia aff. variabilis) e quatro arbustivas (Campomanesia pubecens, Eremanthus seidelii, Mimosa clausenii e Vernonia warmingiana). Para simular eventos de seca extrema, realizamos um experimento de exclusão de chuva, constituído por 12 parcelas (4x4 metros), sendo quatro controle e oito de exclusão, em uma area de campo rupestre no Parque Nacional da Serra da Canastra. Avaliamos o desempenho ecofisiológico das plantas submetidas a condições climáticas contrastantes mediante um conjunto de atributos morfofisiológicos, incluindo: trocas gasosas, composição isotópica do carbono (?13CCELL) e oxigênio (?18OCELL) da celulose foliar (medidas integradoras da assimilação de carbono e condutância estomática), curvas de vulnerabilidade à cavitação, curvas pressão-volume, carboidratos não-estruturais (CNE), crescimento e fenologia foliar. As espécies estudadas mostraram-se bastante resistente à seca, pois após 17 meses de exclusão de chuva não encontramos diferenças de crescimento e mortalidade entre populações nas parcelas controle e experimentais. As espécies apresentaram um contínuo de estratégias de uso de água, variando de espécies isohídricas (E. seidellii) à anisohídricas (C. pubecens). O uso da abordagem isotópica dupla (?13CCELL e ?18OCELL) foi válida para avaliar e predizer as respostas fotossintéticas e estomáticas à seca apenas para as espécies isohídricas. Além disso, a composição isotópica da celulose da folha pode ser influenciada pela mobilização de reservas de CNE nas raízes. As duas espécies congenéricas de Velloziaceae apresentaram estratégias constrastantes para lidar com a seca: uma espécie é tolerante à dessecação (TD) (V. nivea) e a Vellozia aff. variabilis é não-TD. A espécie TD apresentou maiores taxas de trocas gasosas durante a estação chuvosa e durante a seca prolongada entrou em estado de "dormência", exibindo um comportamento oportunista de uso de água. Já a espécie não-DT apresentou uma estratégia conservadora de uso de água. Durante a seca, observamos um aumento no estoque de CNE% nas raízes na espécie TD, o que pode representar um mecanismo chave para sobrevivência dessa espécie durante os ciclos de dessecação e rehidratação. As três espécies arbustivas (C. pubecens, E. seidellii, V. warmingiana) apresentaram sistemas hidráulicos contrastantes, com diferentes pontos de perda de turgor (?TLP) e vulnerabilidade à cavitação (estimada mediante o P50 - potencial hídrico que corresponde à 50% de perda de condutividade). As espécies mais resistentes à cavitação (maior P50) apresentam menores reservas de CNE nas raízes, sugerindo um trade-off entre atributos hidráulicos e de estoque de carbono. Nossos resultados trazem importantes contribuições para o entendimento de funcionamento de ecossistemas sazonais limitados por água e ilustram a diversidade de estratégias hidráulicas que conferem resiliência à seca / Abstract: In the past years, extreme droughts have been frequently recorded in several tropical regions. Plants in tropical mountains are particularly sensitive to changes in climate little is known about the plant physiological adjustments and responses to changes in rainfall patterns. Our objective was to evaluate the phenological and ecophysiological responses of six dominant species with contrasting life forms in campos rupestres under an extreme drought condition. We studied two rosettes species (Vellozia nivea and Vellozia aff. variabilis) and four shrubs (Campomanesia pubecens, Eremanthus seidelii, Mimosa clausenii e Vernonia warmingiana). We implemented a rainwater exclusion experiment with 12 plots (4x4 meters), in which eight was considered drought treatment and four control treatment. We monitored several aspects of the plant ecophysiology, such as gas exchange using instantaneous measurements and stable isotope as integrators of leaf functioning, pressure-volume curves, vulnerability curves, non-structural carbohydrates (NSC) in roots, growth, biomass and leaf phenology. Species showed a continuum of water use strategies, varying from anysohydric (C. pubecens) to completely isohydric (E. seidelii) species. The relationship between ?18OCELL and gsMAX was negative and significant only for isohydric species. The use of dual isotopic approach also was valid only for isohydric species. Across species, we found a strong positive relationship between ?18OCELL and NSC% for individuals under drought treatment, suggesting that the use of NSC% reserves in water stress conditions can affect leaf isotope composition. Our results suggest that in communities dominated to species with a great diversity of hydraulic strategies, such as the campos rupestres, ?18OCELL should be used with caution to infer physiological responses. We evaluated a congeneric pair of Velloziaceae species with contrasting strategies to cope with the erratic water availability in campos rupestres. One species is desiccation tolerant (DT) and the other is drought resistance (non-DT). The DT species showed high gsMAX and low WUEi during the rainny season, showing a profligate water use. By contrast, the non-DT showed a conservative water use throughout the year. The DT species also increased the %NSC storage in roots during the prolonged drought, presumably a key mechanism that allow survival to desiccation in this species. The three shrub species (C. pubecens, E. seidelii and M. clausenii) showed different P50 (water potential that corresponds 50% of conductivity loss) and ?TLP (water potential at turgor loss point). The biomass, in general, was little affected by our drought treatment. This three species showed a trade-off between the vulnerability to cavitation and NSC storage, in which, species more resistant to cavitation (more negative P50) showed lower NSC% storage in roots. Our results illustrate the diversity of strategies that plants might present to deal with drought and bring important contributions to understand the functioning of water-limited environments / Doutorado / Biologia Vegetal / Doutora em Biologia Vegetal

Orientador: Marcelo Menossi Teixeira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-26T06:15:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Liberato_CarolinaRibeiro_M.pdf: 4975605 bytes, checksum: 97b439dccaccd215ccfca5504f9c6cb5 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A cana-de-açúcar é uma das plantas cultiváveis de maior importância para o Brasil. Embora atualmente o país seja responsável pela produção de 671 milhões de toneladas (safra 2014/2015), a produtividade da cana no Brasil é afetada por diversos fatores ambientais, dentre os quais se destaca a seca. A produção de novos cultivares com maior tolerância à seca não só contribuiria para aumentar a produtividade como aumentaria a sustentabilidade da cultura. Com o intuito de compreender o funcionamento do gene ScPetC, que codifica uma proteína com similaridade a ISP (Iron Sulfur Protein), este trabalho estudou os efeitos da superexpressão do gene ScPetC na tolerância à seca em plantas transgênicas de tabaco. Nossos estudos mostram que sua superexpressão em tabaco aumenta a sobrevivência das plantas em resposta à suspensão de rega. Ainda, foi observada maior tolerância dessas plantas ao estresse oxidativo, e maior eficiência dos fotossistemas I e II sob condições de estresse por seca / Abstract: Sugarcane is one of the most important cultivated plants in Brazil and the estimated production in the 2014/2015 harvest is 671 million tones. The productivity of sugarcane is affected by various environmental factors, and drought is considered as the major abiotic stress. The production of new cultivars with increased drought tolerance can help to increase productivity and enhance the sustainability in the sugarcane fields. In order to understand the function of ScPetC gene, which encodes a protein with similarity to ISP (Iron Sulfur Protein), this study evaluated the drought tolerance in transgenic tobacco plants overexpressing the ScPetC gene. Our studies showed that overexpression of ScPetC increases the ability of plants to survive to water withheld. Moreover, we provide evidence that plants had increased tolerance to oxidative stress and improved efficiency of photosystems I and II under drought / Mestrado / Genetica Vegetal e Melhoramento / Mestra em Genética e Biologia Molecular

Orientador: Michel Georges Albert Vincentz / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-21T07:49:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Matiolli_CleversonCarlos_D.pdf: 11712676 bytes, checksum: dd78e2f749da48afd1fc31207bc95b06 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A manutenção do balanço energético em plantas é de crucial importância para a otimização de seu crescimento e desenvolvimento em resposta às condições sempre flutuantes do meio. A energia obtida através da fotossíntese deve ser utilizada parcimoniosamente e dividida entre crescimento, desenvolvimento, armazenamento e respostas a estresses bióticos e abióticos. Entender como a energia é canalizada para cada um destes processos e como os diversos sinais ambientais e metabólicos são integrados é de vital importância para a compreensão dos mecanismos que permitem o sucesso reprodutivo das plantas mesmo frente a condições ambientais adversas. Os fatores reguladores de transcrição desempenham um papel importante como pontos de convergência de vias de sinalização distintas e regulam a expressão dos conjuntos de genes mais adequados para cada combinação de sinais, permitindo uma resposta equilibrada diante de desafios muitas vezes concomitantes. Neste trabalho, mostramos que o fator de transcrição de Arabidopsis thaliana AtbZIP63, o qual pertence a família bZIP e é um mediador das respostas a carência energética induzidas pela quinase KIN10, é reprimido a curto prazo (2h e 4h) pela hexose glicose e o hormônio ácido abscíssico (ABA). A repressão da expressão de AtbZIP63 por 2% de glicose é independente da atividade sensora de glicose da enzima Hexokinase 1 (HXK1) e não envolve mudanças nos níveis endógenos de ABA, um mediador das respostas a glicose. No entanto, o ABA é capaz de modular a amplitude da resposta de AtbZIP63 a glicose. ABA e glicose interagem de maneira sinérgica para repressão da expressão de AtbZIP63 e esta interação envolve mecanismos de regulação pós-transcricionais. Análises em escala genômica de diferenças de perfis transcricionais entre mutantes para AtbZIP63 e seus respectivos genótipos selvagens foram desenvolvidas para identificar os genes alvos de AtbZIP63 e definir a rede de regulação da qual AtbZIP63 participa. A classificação funcional dos 280 e 348 genes desregulados nos mutantes por inserção de T-DNA atbzip63-1 e atbzip63-2, respectivamente, sugere que AtbZIP63 está envolvido na regulação de genes relacionados as respostas à carência energética, síntese e resposta a hormônios, estresses abióticos e bióticos e ciclo circadiano, provavelmente modulando o uso equilibrado de energia em resposta aos desafios ambientais. Baseado na observação de que os mutantes para AtbZIP63 apresentam diversos genes relacionados a respostas contra estresses bióticos, avaliamos a resposta dos mutantes atbzip63-1 e atbzip63-2 a patógenos usando o patossistema Arabidopsis-Pseudomonas O mutante atbzip63-1 é mais resistente a infecção com o fitopatógeno Pseudomonas syringae pv tomato DC3000, mostrando seu envolvimento nas respostas a estresse biótico. O mutante atbzip63-2 apresenta atraso de crescimento quando cultivado em condições limitantes de energia, sugerindo sua participação também no crescimento/desenvolvimento de Arabidopsis nestas condições. A busca de proteínas interatoras de AtbZIP63 utilizando o sistema de duplo híbrido em levedura (Y2H) revelou genes relacionados a degradação de proteínas sugerindo que controle da estabilidade da proteína de AtbZIP63. Em conjunto, os resultados apresentados neste trabalho sugerem que AtbZIP63 é um nó de integração entre diferentes vias de sinalização para modular o crescimento e desenvolvimento de Arabidopsis de acordo com diversos sinais ambientais / Abstract: The maintenance of energy balance in plants is crucial to optimize their growth and development in response to ever changing environment. The energy obtained through photosynthesis must be used sparingly and divided between growth, development, storage, and responses to biotic and abiotic stresses. Understand how energy is channeled to each of these processes and how the environmental and metabolic signals are integrated have a vital importance to understanding the mechanisms by which plants reach the reproductive success even in adverse environmental conditions. Transcription factors play an important role as convergence points of several signaling pathways and regulate the expression of sets of genes most appropriate for each signal combination. We show that the transcription factor AtbZIP63 from Arabidopsis thaliana, which belongs to the bZIP family and mediates partially the response to energy deprivation induced by kinase KIN10, is repressed in short-term treatments (2h and 4h) with glucose and hormone absicisic acid (ABA). The repression of AtbZIP63 by 2% glucose is independent of the glucose sensing activity of the enzyme Hexokinase 1 (HXK1) and does not involve changes in endogenous ABA levels, a mediator of glucose responses. However, ABA modulates the amplitude of AtbZIP63 responses to glucose. ABA and glucose interact synergistically to repress AtbZIP63 mRNA accumulation and that this interaction involves post-transcriptional mechanisms. Genomic scale transcriptional profile comparison between AtbZIP63 mutants and their respective wild-type genotypes have been developed to identify target genes and the regulatory context which AtbZIP63 is involved. The functional classification of 280 and 348 misregulated genes in T-DNA insertion mutants atbzip63-1 and atbzip63-2, respectively, suggests that AtbZIP63 regulates genes involved in responses to energy starvation, synthesis and hormone response, biotic and abiotic stress, and circadian clock, probably by modulating the energy usage in response to environmental challenges. Based on the observation that the AtbZIP63 mutants have several misregulated genes related to responses to biotic stress, we evaluated the response of atbzip63-1 and atbzip63-2 to pathogens using the Arabidopsis-Pseudomonas pathosystem. The atbzip63-1 mutant is more resistant to infection with the pathogen Pseudomonas syringae pv tomato DC3000, showing their involvement in responses to biotic stress. The atbzip63-2 mutant has arrested growth in energy-limiting conditions, also suggesting its participation in the growth / development of Arabidopsis under these conditions. A searching for interacting proteins of AtbZIP63 using Yeast Two-Hybrid (Y2H) system revealed proteins related to protein degradation and suggests stability control of AtbZIP63 protein. Together, the results presented here suggest that AtbZIP63 is an integration node of different signaling pathways and modulates growth and development of Arabidopsis under different environmental conditions / Doutorado / Genetica Vegetal e Melhoramento / Doutor em Genetica e Biologia Molecular

Orientador: Marcelo Menossi Teixeira, Andrea Akemi Hoshino / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-21T05:45:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_CesarBuenode_D.pdf: 2755272 bytes, checksum: 945d7a45c10893c9a58603f1e04813ef (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar e no cenário atual, em que o aumento na busca por energia renovável é visível, o aumento na produtividade da cana é de extremo interesse para o setor sucroalcooleiro. Estresses abióticos influenciam grandemente a produtividade de espécies como a cana e, sendo assim, estudos relacionados com a tentativa de diminuir esse impacto na produtividade são de grande importância. A seca é o estresse ambiental que mais causa prejuízos ao agronegócio e por esse motivo é muito desejável que se desenvolvam novas variedades de cana-de-açúcar que sejam mais tolerantes a esses estresses e com isso o setor sucroalcooleiro será largamente beneficiado. A transgenia é uma das ferramentas utilizadas na produção de novos cultivares comerciais com características agronômicas interessantes e, para o seu sucesso, a identificação de genes com potencial para melhorar essas características faz-se necessária. Sendo assim, o maior objetivo desse trabalho foi a avaliação do potencial biotecnológico de seis genes de cana-de-açúcar que são modulados por seca. Os genes aqui estudados tiveram seu perfil de resposta a seca anteriormente avaliado por microarranjos de DNA e foram selecionados como candidatos para a produção de um novo cultivar de cana-de-açúcar que seja mais tolerante a estresses abióticos. Esses genes foram analisados em plantas transgênicas de tabaco, cana-de-açúcar e/ou Brachypodium. A superexpressão de dois genes de cana em tabaco conferiu maior tolerância a seca e salinidade das plantas transgênicas quando comparadas às selvagens e a proteção de seus usos na produção de plantas tolerantes a estresses abióticos foi solicitada. Há evidências de que um terceiro gene de cana conferira tolerância ao estresse oxidativo em plantas transgências de cana. Além disso, outros três genes de cana foram inseridos em Brachypodium, mas os eventos gerados ainda não foram avaliados. Com o trabalho desevolvido foi, portanto, possível gerar plantas transgênicas tolerantes a estresses abióticos e com isso é possível concluir que a seleção de genes candidatos para melhorias de características agronômicas de interesse através de microarranjos é algo que deve ser explorado e pode-se concluir, ainda, que alguns dos genes analisados estão envolvidos na resposta a seca e/ou aos estresses ambientais em geral / Abstract: Brasil is the largest producer of sugarcane in the world and the seeking for renewable energy is currently visible what makes the increase of sugarcane productivity highly desirable. Abiotic stresses greatly influence the productivity of species such sugarcane. Therefore, studies related to the reduction of these impacts on productivity are highly important. Drought is the environmental stress that causes more damage to agribusiness and because of it the development of new cultivars with higher tolerance to abiotic stresses is desirable since the sugar and ethanol sector will be largely benefited. Transgenic plants production is one of the tools that have been used in the development of new cultivars with interesting agronomic traits and for its success identifying genes that can improve these characteristics is necessary. Thus, the main objective of this study was evaluating the biotechnological potential of six drought-modulated genes from sugarcane. The genes studied here have their drought response profile previously showed by microarray and were selected as candidates for the production of a new sugarcane cultivar with higher tolerance to abiotic stresses. These genes were analyzed in transgenic tobacco, sugarcane and/or Brachypodium plants. The overexpression of two sugarcane genes in tobacco conferred higher drought and salinity tolerance in tobacco plants compared to wild-type and the protection of their uses in the production of plants with higher tolerance to abiotic stress was requested. There are evidences that a third sugarcane gene confers tolerance to oxidative stress in transgenic sugarcane. Furthermore, three other genes were inserted in Brachypodium but these transgenic events were not yet analyzed. With this work was possible to produce transgenic plants that are tolerant to abiotic stresses what let us to conclude that the selection of candidate genes to improve agronomic traits by microarrays is useful and that some of the analyzed genes are involved into drought and/or abiotic stresses in general responses / Doutorado / Genetica Vegetal e Melhoramento / Mestre em Genética e Biologia Molecular