Le soufre est un macronutriment essentiel contribuant à l’élaboration du rendement et de la qualité des graines. Chez les espèces modèles M. truncatula et Arabidopsis, les gènes associés à la réduction du sulfate et à la biosynthèse des acides aminés soufrés sont exprimés dans l’embryon lors du remplissage de la graine, soulignant l’importance du transport de sulfate jusqu’à ce tissu. Chez M. truncatula, trois gènes codant des transporteurs de sulfate putatifs, MtSultr3;5, MtSultr2;2, et MtSultr4;1, sont fortement exprimés dans la graine. Le criblage des populations de mutants disponibles a permis d’identifier des mutants Tnt1 et EMS pour ces gènes. Cette étude a parallèlement été élargie à la caractérisation de mutants ADN-T d’Arabidopsis pour les cinq transporteurs de sulfate du groupe 3 (de la membrane plasmique) et pour SULTR4;1 (vacuolaire), dont les gènes s’expriment dans la graine en développement. Un rôle des transporteurs du groupe 3 dans les échanges de sulfate à l’intérieur de la graine a été mis en évidence. En particulier, l’analyse du protéome des graines de ces mutants a révélé un défaut d’accumulation des formes processées des protéines de réserve au sein de l’embryon (sultr3;5) et des modulations spécifiques de la composition protéique suggérant l’utilisation de sources alternatives de soufre (sultr3;4). Enfin, les résultats contrastés obtenus pour le mutant sultr4;1 suggèrent un rôle de l’efflux de sulfate des vacuoles pour le maintien de l’homéostasie redox lors du développement de la graine. / Sulfur is an essential macronutrient contributing to crop yield and seed quality. In the model species M. truncatula and Arabidopsis, genes involved in sulfate reduction and sulfur amino acid biosynthesis are expressed in the embryo during seed filling, underlying the importance of sulfate transport until this tissue. In M. truncatula, three genes encoding putative sulfate transporters, MtSultr3;5, MtSultr2;2, et MtSultr4;1, are strongly expressed in seeds. By screening mutant collections, we identified Tnt1 and EMS mutants for these genes. In parallel, this study was extended to the characterization of Arabidopsis T-DNA mutants for the five sulfate transporters belonging to group 3 (plasmalemma-located) and SULTR4;1 (vacuolar), whose genes are expressed in developing seeds. A role of the group 3 sulfate transporters in sulfate exchange between seed tissue was revealed. In particular, seed proteome analysis for these mutants revealed a reduced accumulation of storage protein processing within the embryo (sultr3;5), and specific modulations of protein composition suggesting the utilization of alternative sulfur sources (sultr3;4). Finally, contrasted results obtained for the sultr4;1 mutant suggest a role of sulfate efflux from vacuole for maintaining redox homeostasis during seed development.

O enxofre é um dos elementos essenciais para as plantas e as exigências nutricionais nesse nutriente variam com a espécie e a taxa de crescimento das plantas. Com o objetivo geral de avaliar o efeito da nutrição em enxofre no crescimento e no metabolismo do capimtanzânia (Panicum maximum cv. Tanzânia) e do estilosante (Stylosanthes guianensis cv. Mineirão) desenvolveu-se a presente pesquisa com os objetivos específicos de avaliar os efeitos do fornecimento de enxofre em: i) modificações morfológicas, produtivas e nutricionais ocorridas na parte aérea e nas raízes; ii) metabolismo do nitrogênio e as consequentes alterações na composição e concentrações de aminoácidos; iii) concentrações de enxofre total, enxofre-sulfato e glutationa e na atividade das enzimas glutationa redutase e glutationa sulfo-transferase nas folhas recém-expandidas e raízes; iv) crescimento, metabolismo da glutationa e atividade das enzimas envolvidas no ciclo ascorbato-glutationa e v) absorção de sulfato e a expressão de genes de transportadores de sulfato. Os experimentos foram conduzidos em casa de vegetação e camara de crescimento, empregando-se soluções nutritivas. As doses de enxofre aplicadas foram ajustadas de modo a permitir nutrição baixa, intermediária e alta em enxofre para cada espécie. O enxofre afetou diretamente na emissão de folhas e de perfilhos, área foliar, comprimento e superfície radicular do capim-tanzânia e do estilosante Mineirão, aumentando a produção de massa seca da parte aérea e das raízes. A baixa disponibilidade de enxofre ocasionou o desequilíbrio nutricional com o nitrogênio nas plantas, evidenciado por alta relação nitrogênio:enxofre e altas concentrações de nitrato e aminoácidos livres no tecido vegetal. Sob limitação de enxofre, o capim apresentou predomínio de asparagina na composição aminoacídica, enquanto no estilosante ocorreu a predominância de arginina. A aplicação de enxofre aumentou as concentrações de enxofre total, enxofre-sulfato e glutationa nas folhas diagnósticas e raízes para ambas as espécies forrageiras. As plantas crescidas sob limitação de enxofre apresentaram alta atividade da enzima glutationa redutase visando regenerar a glutationa reduzida, que atua protegendo as células contra danos oxidativos decorrentes do estresse da deficiência nutricional. O fornecimento de enxofre aumentou a atividade da glutationa sulfo-transferase incrementando a capacidade do vegetal de suportar estresses ambientais. A baixa disponibilidade de enxofre induziu o aumento da atividade de enzimas antioxidantes que atuam na regeneração da glutationa e do ascorbato na forma reduzida. As plantas crescidas em baixa disponibilidade de enxofre apresentaram aumento da concentração de glutationa e maior alocação desse composto nas raízes. A distribuição de glutationa das folhas para as raízes em condição de limitação de enxofre regula a absorção de sulfato no capim e no estilosante de modo diferenciado. Para o capim com alta concentração de glutationa nas raízes decresce o influxo total de 34S, enquanto para o estilosante não ocasiona a redução da absorção de sulfato. / Sulfur is an essential element required by plants and the nutritional requirements in this nutrient vary according to species and plant growth rate. This research had the main objective of evaluating the effect of sulfur nutrition on growth and metabolism of Guinea grass (Panicum maximum cv. Tanzânia) and stylo (Stylosanthes guianensis cv. Mineirão) and was developed with the specific objectives to determine the effects on i) morphological, productive and nutritional changes in plant shoots and roots, ii) nitrogen metabolism and the changes in the composition and concentrations of amino acids, iii) concentrations of total sulfur, sulfur-sulfate and glutathione and the activity of the enzymes glutathione reductase and glutathione sulfo-transferase in recently expanded leaves and roots, iv) growth, glutathione metabolism and activity of enzymes involved in ascorbate-glutathione cycle and v) sulfate uptake and expression of sulfur transporters genes. The experiments were carried out in greenhouse and growth chamber, by using nutrient solutions. Sulfur supply were adjusted to low, intermediate and high S nutrition for each species. Sulfur supply influences the emission of leaves, tillering, leaf area, root length and surface of Guinea grass and stylo increasing production of dry mass of aboveground and roots. Sulfur limitation alters the distribution of photosynthates between aboveground and roots of Guinea grass and stylo providing reduction in dry matter production of roots. The plants of Guinea grass increase root surface as a mechanism for adaptation to limited S in the culture medium. The relative chlorophyll index (RCI) in the recently expanded leaves relates to the production of dry mass of aboveground and can be used to assess S nutritional status in Guinea grass and stylo. The application of S proves necessary to increase production of dry mass in Guinea grass and stylo. Low S availability caused nutritional imbalance with N in Guinea grass and stylo plants, as shown by a high N:S ratio and high concentrations of N-nitrate and free amino acids in plant tissues. Among amino acids, asparagine predominated in S-limited guineagrass and arginine in Slimited stylo. Increased S supply regulates N:S ratio at values close to 20:1, which provides N and S concentrations that are more suitable for protein synthesis and forage production in plants of both species. Adding S increased concentrations of total S, S-sulfate, and glutathione in diagnostic leaves and roots of both species collected at the two harvests. Plants grown under S limitation showed high levels of GR activity, related to the regeneration of GSH, which acts to protect cells against oxidative damage caused by the stress of nutritional deficiency. S supply increased GST activity, and consequently plants\' capacity to withstand environmental stresses. Low S availability increased activity of the antioxidant enzymes that act in the regeneration of GSH and AsA. Plants grown with low S availability showed higher concentration of glutathione and greater allocation of glutathione to roots. For Guinea grass, high glutathione concentrations in roots decrease the 34S uptake. For stylo not cause reduction of 34S uptake.

O enxofre é um dos elementos essenciais para as plantas e as exigências nutricionais nesse nutriente variam com a espécie e a taxa de crescimento das plantas. Com o objetivo geral de avaliar o efeito da nutrição em enxofre no crescimento e no metabolismo do capimtanzânia (Panicum maximum cv. Tanzânia) e do estilosante (Stylosanthes guianensis cv. Mineirão) desenvolveu-se a presente pesquisa com os objetivos específicos de avaliar os efeitos do fornecimento de enxofre em: i) modificações morfológicas, produtivas e nutricionais ocorridas na parte aérea e nas raízes; ii) metabolismo do nitrogênio e as consequentes alterações na composição e concentrações de aminoácidos; iii) concentrações de enxofre total, enxofre-sulfato e glutationa e na atividade das enzimas glutationa redutase e glutationa sulfo-transferase nas folhas recém-expandidas e raízes; iv) crescimento, metabolismo da glutationa e atividade das enzimas envolvidas no ciclo ascorbato-glutationa e v) absorção de sulfato e a expressão de genes de transportadores de sulfato. Os experimentos foram conduzidos em casa de vegetação e camara de crescimento, empregando-se soluções nutritivas. As doses de enxofre aplicadas foram ajustadas de modo a permitir nutrição baixa, intermediária e alta em enxofre para cada espécie. O enxofre afetou diretamente na emissão de folhas e de perfilhos, área foliar, comprimento e superfície radicular do capim-tanzânia e do estilosante Mineirão, aumentando a produção de massa seca da parte aérea e das raízes. A baixa disponibilidade de enxofre ocasionou o desequilíbrio nutricional com o nitrogênio nas plantas, evidenciado por alta relação nitrogênio:enxofre e altas concentrações de nitrato e aminoácidos livres no tecido vegetal. Sob limitação de enxofre, o capim apresentou predomínio de asparagina na composição aminoacídica, enquanto no estilosante ocorreu a predominância de arginina. A aplicação de enxofre aumentou as concentrações de enxofre total, enxofre-sulfato e glutationa nas folhas diagnósticas e raízes para ambas as espécies forrageiras. As plantas crescidas sob limitação de enxofre apresentaram alta atividade da enzima glutationa redutase visando regenerar a glutationa reduzida, que atua protegendo as células contra danos oxidativos decorrentes do estresse da deficiência nutricional. O fornecimento de enxofre aumentou a atividade da glutationa sulfo-transferase incrementando a capacidade do vegetal de suportar estresses ambientais. A baixa disponibilidade de enxofre induziu o aumento da atividade de enzimas antioxidantes que atuam na regeneração da glutationa e do ascorbato na forma reduzida. As plantas crescidas em baixa disponibilidade de enxofre apresentaram aumento da concentração de glutationa e maior alocação desse composto nas raízes. A distribuição de glutationa das folhas para as raízes em condição de limitação de enxofre regula a absorção de sulfato no capim e no estilosante de modo diferenciado. Para o capim com alta concentração de glutationa nas raízes decresce o influxo total de 34S, enquanto para o estilosante não ocasiona a redução da absorção de sulfato. / Sulfur is an essential element required by plants and the nutritional requirements in this nutrient vary according to species and plant growth rate. This research had the main objective of evaluating the effect of sulfur nutrition on growth and metabolism of Guinea grass (Panicum maximum cv. Tanzânia) and stylo (Stylosanthes guianensis cv. Mineirão) and was developed with the specific objectives to determine the effects on i) morphological, productive and nutritional changes in plant shoots and roots, ii) nitrogen metabolism and the changes in the composition and concentrations of amino acids, iii) concentrations of total sulfur, sulfur-sulfate and glutathione and the activity of the enzymes glutathione reductase and glutathione sulfo-transferase in recently expanded leaves and roots, iv) growth, glutathione metabolism and activity of enzymes involved in ascorbate-glutathione cycle and v) sulfate uptake and expression of sulfur transporters genes. The experiments were carried out in greenhouse and growth chamber, by using nutrient solutions. Sulfur supply were adjusted to low, intermediate and high S nutrition for each species. Sulfur supply influences the emission of leaves, tillering, leaf area, root length and surface of Guinea grass and stylo increasing production of dry mass of aboveground and roots. Sulfur limitation alters the distribution of photosynthates between aboveground and roots of Guinea grass and stylo providing reduction in dry matter production of roots. The plants of Guinea grass increase root surface as a mechanism for adaptation to limited S in the culture medium. The relative chlorophyll index (RCI) in the recently expanded leaves relates to the production of dry mass of aboveground and can be used to assess S nutritional status in Guinea grass and stylo. The application of S proves necessary to increase production of dry mass in Guinea grass and stylo. Low S availability caused nutritional imbalance with N in Guinea grass and stylo plants, as shown by a high N:S ratio and high concentrations of N-nitrate and free amino acids in plant tissues. Among amino acids, asparagine predominated in S-limited guineagrass and arginine in Slimited stylo. Increased S supply regulates N:S ratio at values close to 20:1, which provides N and S concentrations that are more suitable for protein synthesis and forage production in plants of both species. Adding S increased concentrations of total S, S-sulfate, and glutathione in diagnostic leaves and roots of both species collected at the two harvests. Plants grown under S limitation showed high levels of GR activity, related to the regeneration of GSH, which acts to protect cells against oxidative damage caused by the stress of nutritional deficiency. S supply increased GST activity, and consequently plants\' capacity to withstand environmental stresses. Low S availability increased activity of the antioxidant enzymes that act in the regeneration of GSH and AsA. Plants grown with low S availability showed higher concentration of glutathione and greater allocation of glutathione to roots. For Guinea grass, high glutathione concentrations in roots decrease the 34S uptake. For stylo not cause reduction of 34S uptake.