Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2016-06-07T12:23:37Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1448935 bytes, checksum: 539043b4fb5a9f0a81c28f36d44f0d29 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-07T12:23:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1448935 bytes, checksum: 539043b4fb5a9f0a81c28f36d44f0d29 (MD5) Previous issue date: 2016-02-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Dentre os fatores ambientais, a seca é uma das principais causas na limitação da produção agrícola. Alguns fatores, como indicadores de expansão da área de plantio e alterações climáticas, evidenciam a necessidade de desenvolvimento de genótipos mais tolerantes. Nosso grupo de pesquisa na Universidade Federal de Viçosa (UFV) tem observado que a chaperona molecular BiP atua em respostas a estresses no retículo endoplasmático (ER) e osmótico, conferindo uma maior tolerância à seca. Neste trabalho, foram caracterizados os perfis proteômicos e metabólicos de plantas transgênicas de soja superexpressando a chaperona molecular BiP e de sua isolinha por eletroforese 2DE-MS e GC/MS, respectivamente. E análise de hormônios utilizando LC-MS. Plantas transgênicas apresentaram uma maior abundância relativa de proteínas relacionadas à fotossíntese, o que sustenta a hipótese que estas plantas estão predispostas geneticamente e fisiologicamente a suportar períodos de seca. Ao contrário do genótipo selvagem, plantas transgênicas não apresentaram mudanças significativas em proteínas relacionadas à glicólise, respiração e estresse oxidativo, o que evidencia uma menor percepção do estresse pelo genótipo geneticamente modificado. O acúmulo intracelular de solutos osmoticamente ativos pode ser um importante mecanismo de ajuste adotado pelas plantas transgênicas. Como evidenciado pelos perfis metabólicos, o acúmulo de aminoácidos pode ser o mecanismo responsável pela manutenção da turgescência celular no genótipo transgênico. Este mecanismo protetor pode possibilitar que a fotossíntese e outras atividades fisiológicas sejam mais operantes em condições de seca. Em condições de déficit hídrico, o ácido salicílico parece ter considerável importância em induzir efeitos de proteção na planta transgênica, podendo ter uma possível ação antagonista ao ácido jasmônico. / Among the environmental factors, drought is one of major cause in limiting agricultural production. Some factors, such as the expansion of the acreage and climate changes, highlight the need to develop more tolerant genotypes. Our research group at the Federal University of Viçosa (UFV) has observed that the molecular chaperone BiP acts in response to stress in the endoplasmic reticulum (ER) and osmotic stress, and gives greater drought tolerance. In this work we characterized the proteomic and metabolic profiles of transgenic soybean plants overexpressing the molecular chaperone BiP and its isoline by electrophoresis 2DE-MS and GC / MS, respectively. And hormones analysis using LC-MS. Transgenic plants showed a higher abundance of proteins related to photosynthesis, which supports the hypothesis that these plants are genetically and physiologically predisposed to withstand periods of drought. Unlike the wild genotype, transgenic plants showed no significant changes in proteins related to glycolysis, respiration and oxidative stress. That indicates a lower perception of the stress by the engineered genotype. The intracellular accumulation of osmotically active solutes may be an important adjustment mechanism adopted by transgenic plants. As evidenced by the metabolic profiles, the amino acid accumulation might be the mechanism responsible for the maintenance of cellular turgor in the transgenic genotype. This protective mechanism may allow photosynthesis and other physiological activities to be more active in drought conditions. In drought conditions, the salicylic acid seems to have considerable importance in protective effects in transgenic plant and may have a possible action antagonist to jasmonic acid.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2018-04-19T16:19:33Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2766887 bytes, checksum: 6f8f01cd7e538b366f3e29fab1e9c82c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-19T16:19:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2766887 bytes, checksum: 6f8f01cd7e538b366f3e29fab1e9c82c (MD5) Previous issue date: 2017-07-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O Brasil é o segundo produtor mundial de soja. Porém, estresses bióticos e abióticos tem limitado a expansão da produtividade. Nosso grupo de pesquisa do LBMP, BIOAGRO-UFV, tem observado que plantas transgênicas superexpressando BiP (Binding protein), chaperona com atividade associada à via UPR (unfolded protein response) e à modulação de eventos de PCD (programmed cell death), são mais tolerantes à seca pela manutenção da homeostase celular e retardo do acionamento da PCD. Dos fitopatógenos, a Pseudomonas syringae pv. tomato provoca reação de hipersensibilidade na soja, uma vez que a interação planta-bactéria é incompatível. Neste trabalho, foi caracterizado o perfil metabólico dos genótipos transgênico superexpressando BiP (C9) e selvagem (WT) por GC-MS. Foram também avaliados por LC-MS, a abundância de fito-hormônios e alguns metabólitos secundários alvos em resposta à interação de soja com P. s. pv. tomato para determinar alterações metabólicas nestes genótipos relacionadas com o fenótipo de morte celular e reações de hipersensibilidade. O acúmulo de aminoácidos, açúcares e ácidos orgânicos pode estar relacionado ao controle de danos ocasionado pelo estresse biótico, sendo menor em C9 devido à capacidade de BiP em manter a homeostase celular. Compostos como di- hidroesfingosina (DHS) e gama-aminobutirato (GABA) podem estar envolvidos com mecanismos de PCD em células visando restringir a colonização do tecido foliar por bactérias. Além disso, observou-se uma tendência para o aumento de ácido salicílico (SA) e ácido jasmônico (JA), embora os níveis de ácido abscísico (ABA) em C9 tenham sido menores, indicando o papel antagonista do ABA na via de sinalização mediada por SA/JA e síntese de fitoalexinas ao longo da infecção bacteriana. A considerável importância do SA e JA, que disparam vias de sinalização de controle microbiano, em C9 possivelmente está no controle negativo da PCD por BiP, que impede a contenção do patógeno por esta via. As concentrações de metabólitos secundários, por sua vez, sofreram o maior incremento ao longo do tempo, sobretudo daidzeína e genisteína, sendo maior em C9. Este acréscimo pode estar associado com as propriedades antimicrobianas das isoflavonas. Por isso, em plantas C9, a superexpressão de BiP atrasa a via de PCD, impedindo a contenção da colonização bacteriana em tempo hábil, sendo a ação antimicrobiana o mecanismo de resposta predominante em C9, ao passo que em WT predomina a via de PCD. / Brazil is the world's second largest soybean's producer. However, biotic and abiotic stresses have limited productivity expansion. Our research group at the LBMP, BIOAGRO-UFV, has observed that transgenic plants overexpressing BiP (Binding protein), chaperone with activity associated with pathway UPR (unfolded protein response) and modulation of PCD (programmed cell death) events, are more tolerant to drought by the maintenance of cellular homeostasis and retarding the activation of PCD. Plant pathogens, Pseudomonas syringae pv. tomato provokes hypersensitivity reaction in soybean, since it is an incompatible interaction. In this work, the metabolic profile of the transgenic genotypes overexpressing BiP (C9) and wild type (WT) by GC-MS. We also evaluated by LC-MS, the abundance of phytohormones and some target secondary metabolites in response to the interaction of soybean with P. s. pv. tomato to determine metabolic changes in these genotypes related to cell death phenotype and hypersensitivity reactions. The accumulation of amino acids, sugars and organic acids may be related to damage control caused by biotic stress, being lower in C9 due to BiP's ability to maintain cellular homeostasis. Compounds such as dihydrosphingosine (DHS) and gamma aminobutyric acid (GABA) may be involved with PCD mechanisms in cells with the aim of to restrain the colonization of foliar tissue by bacteria. Furthermore, there was a tendency for increased salicylic acid (SA) and jasmonic acid (JA), although abscisic acid (ABA) levels have been lower in C9 plants, indicating the ABA antagonist role in the SA-mediated or JA-mediated signaling pathway and phytoalexin synthesis throughout the bacterial infection. The considerable importance of SA and JA, which trigger pathways of microbial control signaling, in C9 is possibly in the negative PCD control by BiP, which prevents the containment of the pathogen for this pathway. Concentrations of secondary metabolites suffered the greatest increase over time, especially daidzein and genistein, being higher in C9 plants. This increase may be associated with the antimicrobial properties of isoflavones. Therefore, in C9 plants, the overexpression of BiP delays the PCD pathway, preventing bacterial colonization in a timely manner, and the antimicrobial action is the predominant response mechanism in C9, whereas in WT, the PCD pathway predominates.

A soja é uma das culturas com maior importância sócio-econômica no mundo, visto o complexo agro-industrial que movimenta. A ocorrência de períodos de seca durante a estação de desenvolvimento das lavouras de soja é muito freqüente, provocando reduções drásticas na produtividade. Sendo a seca um fator limitante de produção fora do controle direto do homem, e a necessidade de suprir a demanda mundial crescente de alimentos, fazem com que a estabilidade da produtividade seja a chave para este entrave. O objetivo deste trabalho foi avaliar as respostas fisiológicas e agronômicas de dois genótipos de soja, um geneticamente modificado contendo a construção rd29A:DREB1A, visando maior tolerância à seca, e sua isolínea convencional, comparando-as frente a diferentes condições de disponibilidade hídrica no solo. Para tal, plantas de soja foram transformadas com o cassete rd29A:DREB1A, ambos elementos de Arabidopsis thaliana, introduzido por biobalística. O efeito da super expressão do gene AtDREB sobre parâmetros fisiológicos e agronômicos foi avaliado em casa de vegetação em três cultivos. Os experimentos foram instalados em blocos casualizados em arranjo fatorial (2x2), com quatros blocos e três amostras por bloco, e os resultados submetidos à análise de variância (ANOVA) e ao teste de Tukey (p 0,05) para comparações múltiplas das médias. Foram utilizadas sementes da cultivar BR16 transformada com a construção rd29A:DREB1A, nomeadas P58, e sementes BR16 não transformadas. As plantas foram submetidas à duas condições de disponibilidade hídrica: 15% de umidade gravimétrica do solo (UG) durante todo o ciclo (controle) e 2,5% de UG (tratamento sob estresse) a partir de R1/R2 (florescimento). Foram avaliadas as taxas fotossintética e transpiratória, condutância estomática e diferença de temperatura entre o ar e a folha com o medidor de trocas gasosas LI-6400 (Li-Cor ®), além da eficiência fotossintética e parâmetros agronômicos. Para condutância estomática, diferença de temperatura, taxas fotossintética e transpiratória, as maiores médias foram verificadas nas plantas sob 15% de UG e, dentro desta umidade, das plantas P58 em relação às BR16 geralmente. No tratamento sob estresse (2,5% de UG), as plantas transgênicas mantiveram valores superiores em praticamente todas as avaliações e, quando não, apresentaram valores que não diferiam estatisticamente das BR16. A eficiência fotossintética foi maior nas plantas P58 apenas nas avaliações finais e para as mesmas UG, e iguais estatisticamente nas demais avaliações. Para as avaliações agronômicas, as plantas BR16 apresentaram as maiores alturas em ambas as umidades, embora o mesmo número de nós que as P58. Para peso da parte aérea, número de sementes e número de legumes com semente e peso de semente, os maiores valores foram das plantas a 15% de UG e, dentro destas, das BR16. Os resultados indicam que a expressão da construção com o gene DREB1A confere maior tolerância à seca das plantas transgênicas, baseado em respostas fisiológicas, embora o desempenho agronômico deva ainda ser comprovado a campo. / Soybean is one of the major socio-economic important crops in the world due to the agro-industrial complex involved. The occurrence of drought during the period of development of soybean fields is very frequent, resulting in drastic yield decrease. As the drought being one limiting factor in the yield without human direct control, and the necessity of supplying the growing world food demand, keeping the stability of the yield seems to be the key for this problem. The objective of this study was to evaluate the physiologic and agronomic response of two soybean genotypes; one genetically modified containing the construction rd29A:DREB1A, aiming drought tolerance, and its conventional isoline, comparing them in different conditions of soil water availability. Soybean plants were transformed with the cassette rd29A:DREB1A, both elements of Arabidopsis thaliana, introduced by biobalistic method. The overexpression effect of AtDREB on physiologic and agronomic parameters was evaluated in greenhouse conditions during three cultivations. The experiment design used was the RBD (Randomized Blocks Design) in factorial scheme (2x2), with four blocks and three samples for block, and the results were submitted to the Analyze of Variance (ANOVA) and to the Tukey test (p 0,05) of multiples means comparisons. Transformed BR16 cultivar seeds were used with the construction rd29A:DREB1A, named P58, and seeds of no-transformed BR16 cultivars. The plants were submitted to two conditions of water availability: 15% of soil gravimetric humidity (GH) during all the experiment time (control) and 2,5% of GH (stress treatment) starting from R1/R2 (flowering stage). Photosynthetic and transpiration rates, stomatal conductance and temperature difference between the air and the leaf were measured with a portable open gas exchange system (LI-6400; Li- Cor ®), besides the photosynthetic efficiency and agronomic parameters, between nine and eleven-thirty in the morning. For stomatal conductance, temperature difference, photosynthetic and transpiration rates, the higher values were verified in the plants under 15% of GH and, within this humidity, these higher values were usually verified in plants P58 in relation to the BR16 plants. In the treatment under stress (2,5% of GH), the transgenic plants maintained higher values in almost all measurements and, when it did not occur, they showed values that did not differ statistically of the BR16 plants. The photosynthetic efficiency was higher in the P58 plants only in the final measures; and for the same GH, and statistically equal in the others measures. For the agronomic evaluations, the BR16 plants showed the highest heights in both humidities, even though they had the same number of nodes as the P58. For the aerial part weight, the number of seeds and the number of legumes with seed and seed weight, the highest values were of the plants under 15% of GH and, within these, of the BR16 plants in general. The results indicate that the expression of the construction with the gene DREB1A leads to a higher drought tolerance of the transgenic plants, based on physiologic response, although they still need tests on the field.

A soja é uma das culturas com maior importância sócio-econômica no mundo, visto o complexo agro-industrial que movimenta. A ocorrência de períodos de seca durante a estação de desenvolvimento das lavouras de soja é muito freqüente, provocando reduções drásticas na produtividade. Sendo a seca um fator limitante de produção fora do controle direto do homem, e a necessidade de suprir a demanda mundial crescente de alimentos, fazem com que a estabilidade da produtividade seja a chave para este entrave. O objetivo deste trabalho foi avaliar as respostas fisiológicas e agronômicas de dois genótipos de soja, um geneticamente modificado contendo a construção rd29A:DREB1A, visando maior tolerância à seca, e sua isolínea convencional, comparando-as frente a diferentes condições de disponibilidade hídrica no solo. Para tal, plantas de soja foram transformadas com o cassete rd29A:DREB1A, ambos elementos de Arabidopsis thaliana, introduzido por biobalística. O efeito da super expressão do gene AtDREB sobre parâmetros fisiológicos e agronômicos foi avaliado em casa de vegetação em três cultivos. Os experimentos foram instalados em blocos casualizados em arranjo fatorial (2x2), com quatros blocos e três amostras por bloco, e os resultados submetidos à análise de variância (ANOVA) e ao teste de Tukey (p 0,05) para comparações múltiplas das médias. Foram utilizadas sementes da cultivar BR16 transformada com a construção rd29A:DREB1A, nomeadas P58, e sementes BR16 não transformadas. As plantas foram submetidas à duas condições de disponibilidade hídrica: 15% de umidade gravimétrica do solo (UG) durante todo o ciclo (controle) e 2,5% de UG (tratamento sob estresse) a partir de R1/R2 (florescimento). Foram avaliadas as taxas fotossintética e transpiratória, condutância estomática e diferença de temperatura entre o ar e a folha com o medidor de trocas gasosas LI-6400 (Li-Cor ®), além da eficiência fotossintética e parâmetros agronômicos. Para condutância estomática, diferença de temperatura, taxas fotossintética e transpiratória, as maiores médias foram verificadas nas plantas sob 15% de UG e, dentro desta umidade, das plantas P58 em relação às BR16 geralmente. No tratamento sob estresse (2,5% de UG), as plantas transgênicas mantiveram valores superiores em praticamente todas as avaliações e, quando não, apresentaram valores que não diferiam estatisticamente das BR16. A eficiência fotossintética foi maior nas plantas P58 apenas nas avaliações finais e para as mesmas UG, e iguais estatisticamente nas demais avaliações. Para as avaliações agronômicas, as plantas BR16 apresentaram as maiores alturas em ambas as umidades, embora o mesmo número de nós que as P58. Para peso da parte aérea, número de sementes e número de legumes com semente e peso de semente, os maiores valores foram das plantas a 15% de UG e, dentro destas, das BR16. Os resultados indicam que a expressão da construção com o gene DREB1A confere maior tolerância à seca das plantas transgênicas, baseado em respostas fisiológicas, embora o desempenho agronômico deva ainda ser comprovado a campo. / Soybean is one of the major socio-economic important crops in the world due to the agro-industrial complex involved. The occurrence of drought during the period of development of soybean fields is very frequent, resulting in drastic yield decrease. As the drought being one limiting factor in the yield without human direct control, and the necessity of supplying the growing world food demand, keeping the stability of the yield seems to be the key for this problem. The objective of this study was to evaluate the physiologic and agronomic response of two soybean genotypes; one genetically modified containing the construction rd29A:DREB1A, aiming drought tolerance, and its conventional isoline, comparing them in different conditions of soil water availability. Soybean plants were transformed with the cassette rd29A:DREB1A, both elements of Arabidopsis thaliana, introduced by biobalistic method. The overexpression effect of AtDREB on physiologic and agronomic parameters was evaluated in greenhouse conditions during three cultivations. The experiment design used was the RBD (Randomized Blocks Design) in factorial scheme (2x2), with four blocks and three samples for block, and the results were submitted to the Analyze of Variance (ANOVA) and to the Tukey test (p 0,05) of multiples means comparisons. Transformed BR16 cultivar seeds were used with the construction rd29A:DREB1A, named P58, and seeds of no-transformed BR16 cultivars. The plants were submitted to two conditions of water availability: 15% of soil gravimetric humidity (GH) during all the experiment time (control) and 2,5% of GH (stress treatment) starting from R1/R2 (flowering stage). Photosynthetic and transpiration rates, stomatal conductance and temperature difference between the air and the leaf were measured with a portable open gas exchange system (LI-6400; Li- Cor ®), besides the photosynthetic efficiency and agronomic parameters, between nine and eleven-thirty in the morning. For stomatal conductance, temperature difference, photosynthetic and transpiration rates, the higher values were verified in the plants under 15% of GH and, within this humidity, these higher values were usually verified in plants P58 in relation to the BR16 plants. In the treatment under stress (2,5% of GH), the transgenic plants maintained higher values in almost all measurements and, when it did not occur, they showed values that did not differ statistically of the BR16 plants. The photosynthetic efficiency was higher in the P58 plants only in the final measures; and for the same GH, and statistically equal in the others measures. For the agronomic evaluations, the BR16 plants showed the highest heights in both humidities, even though they had the same number of nodes as the P58. For the aerial part weight, the number of seeds and the number of legumes with seed and seed weight, the highest values were of the plants under 15% of GH and, within these, of the BR16 plants in general. The results indicate that the expression of the construction with the gene DREB1A leads to a higher drought tolerance of the transgenic plants, based on physiologic response, although they still need tests on the field.