Made available in DSpace on 2016-01-26T18:56:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gabriel Toledo.pdf: 1422789 bytes, checksum: bc7db628d8c25a109a8bfd6111bb65d4 (MD5) Previous issue date: 2015-06-03 / A growing body of evidence shows that plants anticipate responses of stress as a result of signals transmitted by neighboring plants. Transmit signal of lack of water between plants is a factor that adds complexity in the dynamics of populations, communities and ecosystems. Knowing more about this ability of plants can be useful for agriculture, mainly agro-forestry systems, and for reforestation efforts. By this way, this job was done to try to find more evidences of lack of water signaling transmission. To do this, stomata aperture related parameters (leaf temperature and leaf turgor pressure) were used to find possible effects of plants under lack of water on their neighborhood. Stomatal aperture, leaf temperature and leaf turgor pressure are parameters that indicates plant water status. Two experiments were done, one measured leaf temperature, and other leaf turgor pressure. Glycine max was used as experimental model. The seedlings roots were pruned, leaving only two roots similar per plant ("split-root"). The split-root plants were arranged in sets, with 4 pots and 3 plants (with each plant roots was divided into two pots). To induce sudden lack of water, mannitol solution was used (-2MPa), applied in the first pot. Leaf temperature was monitored by thermographic camera, and the leaf turgor was monitored by magnetic probe leaf turgor pressure (ZIM-probe). Data analysis was based on graphic interpretation. Leaf temperature variation was synchronous among plants of each set. The variation of leaf turgor in the day of induction to stress was completely changed from the previous day in half of sets. The sets which turgor variation was changed also showed sync. Environmental conditions, namely air temperature, and air relative humidity, were monitored and showed no correlations with the variation in leaf temperature or leaf turgor pressure. Sync indicates that there was communication. It is possible that lack of water communication among plants increases population stability. Stability in population can increase the fitness. So, it is possible that communication of lack of water among plants is a characteristic that has been shaped by natural selection, and distributed among taxa. / É crescente o número de evidências de que plantas antecipam respostas a estresses em consequência da sinalização emitida por plantas vizinhas. Transmitir sinal de falta de água entre plantas é um fator que acrescenta complexidade na dinâmica de populações, comunidades e ecossistemas. Conhecer mais sobre essa capacidade das plantas pode ser útil para agricultura, principalmente sistemas agro- florestais, e para esforços de reflorestamento. Sendo assim, este trabalho foi realizado para tentar encontrar mais evidências da transmissão de sinal de falta de água entre plantas. Para tanto, foram utilizados parâmetros relacionados à abertura estomática (temperatura e turgor foliar) para medir os efeitos de uma planta sob falta de água sobre plantas vizinhas. A abertura estomática, a temperatura e o turgor foliar são parâmetros indicativos do status hídrico. Foram realizados dois experimentos, um medindo a temperatura, outro a pressão de turgor foliar. Foi usado Glycine max como modelo experimental. As plântulas foram submetidas à poda, deixando-se apenas duas raízes semelhantes por planta ( split-root ). As mudas foram arranjadas em séries com 4 potes e 3 plantas (cada planta ficou com suas raízes divididas entre dois potes). Para induzir falta de água repentina, foi utilizada solução de manitol (-2 MPa), aplicado no primeiro pote. A temperatura foliar foi monitorada com uma câmera termográfica e o turgor foliar foi monitorado pela sonda magnética de pressão de turgor foliar (ZIM-probe). A análise dos dados foi feita em cima da interpretação dos gráficos. A variação de temperatura foliar aconteceu de forma sincrônica entre as plantas de cada série. A variação do turgor foliar foi totalmente alterada depois do estresse em metade das repetições. Nas séries onde o turgor foi alterado houve sincronia também. As condições ambientais de temperatura do ar, e de umidade relativa do ar, foram monitoradas e não mostram correlação com as variações de temperatura e turgor foliar. A sincronia indica que tenha havido comunicação. É possível que a comunicação de falta de água aumente a estabilidade de populações. Populações mais estáveis podem ter mais chances de deixar mais descendentes para próximas gerações. Assim, é provável que a capacidade de comunicar a falta de água a outras plantas seja uma característica moldada pela seleção natural e distribuída dentre os táxons.

Made available in DSpace on 2016-07-18T17:46:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gabriel Toledo.pdf: 1422789 bytes, checksum: bc7db628d8c25a109a8bfd6111bb65d4 (MD5) Previous issue date: 2015-06-03 / A growing body of evidence shows that plants anticipate responses of stress as a result of signals transmitted by neighboring plants. Transmit signal of lack of water between plants is a factor that adds complexity in the dynamics of populations, communities and ecosystems. Knowing more about this ability of plants can be useful for agriculture, mainly agro-forestry systems, and for reforestation efforts. By this way, this job was done to try to find more evidences of lack of water signaling transmission. To do this, stomata aperture related parameters (leaf temperature and leaf turgor pressure) were used to find possible effects of plants under lack of water on their neighborhood. Stomatal aperture, leaf temperature and leaf turgor pressure are parameters that indicates plant water status. Two experiments were done, one measured leaf temperature, and other leaf turgor pressure. Glycine max was used as experimental model. The seedlings roots were pruned, leaving only two roots similar per plant ("split-root"). The split-root plants were arranged in sets, with 4 pots and 3 plants (with each plant roots was divided into two pots). To induce sudden lack of water, mannitol solution was used (-2MPa), applied in the first pot. Leaf temperature was monitored by thermographic camera, and the leaf turgor was monitored by magnetic probe leaf turgor pressure (ZIM-probe). Data analysis was based on graphic interpretation. Leaf temperature variation was synchronous among plants of each set. The variation of leaf turgor in the day of induction to stress was completely changed from the previous day in half of sets. The sets which turgor variation was changed also showed sync. Environmental conditions, namely air temperature, and air relative humidity, were monitored and showed no correlations with the variation in leaf temperature or leaf turgor pressure. Sync indicates that there was communication. It is possible that lack of water communication among plants increases population stability. Stability in population can increase the fitness. So, it is possible that communication of lack of water among plants is a characteristic that has been shaped by natural selection, and distributed among taxa. / É crescente o número de evidências de que plantas antecipam respostas a estresses em consequência da sinalização emitida por plantas vizinhas. Transmitir sinal de falta de água entre plantas é um fator que acrescenta complexidade na dinâmica de populações, comunidades e ecossistemas. Conhecer mais sobre essa capacidade das plantas pode ser útil para agricultura, principalmente sistemas agro- florestais, e para esforços de reflorestamento. Sendo assim, este trabalho foi realizado para tentar encontrar mais evidências da transmissão de sinal de falta de água entre plantas. Para tanto, foram utilizados parâmetros relacionados à abertura estomática (temperatura e turgor foliar) para medir os efeitos de uma planta sob falta de água sobre plantas vizinhas. A abertura estomática, a temperatura e o turgor foliar são parâmetros indicativos do status hídrico. Foram realizados dois experimentos, um medindo a temperatura, outro a pressão de turgor foliar. Foi usado Glycine max como modelo experimental. As plântulas foram submetidas à poda, deixando-se apenas duas raízes semelhantes por planta ( split-root ). As mudas foram arranjadas em séries com 4 potes e 3 plantas (cada planta ficou com suas raízes divididas entre dois potes). Para induzir falta de água repentina, foi utilizada solução de manitol (-2 MPa), aplicado no primeiro pote. A temperatura foliar foi monitorada com uma câmera termográfica e o turgor foliar foi monitorado pela sonda magnética de pressão de turgor foliar (ZIM-probe). A análise dos dados foi feita em cima da interpretação dos gráficos. A variação de temperatura foliar aconteceu de forma sincrônica entre as plantas de cada série. A variação do turgor foliar foi totalmente alterada depois do estresse em metade das repetições. Nas séries onde o turgor foi alterado houve sincronia também. As condições ambientais de temperatura do ar, e de umidade relativa do ar, foram monitoradas e não mostram correlação com as variações de temperatura e turgor foliar. A sincronia indica que tenha havido comunicação. É possível que a comunicação de falta de água aumente a estabilidade de populações. Populações mais estáveis podem ter mais chances de deixar mais descendentes para próximas gerações. Assim, é provável que a capacidade de comunicar a falta de água a outras plantas seja uma característica moldada pela seleção natural e distribuída dentre os táxons.

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O fungo Magnaporthe oryzae, agente causal da brusone em trigo e em várias outras gramíneas, desde o seu primeiro relato no Brasil tem sido alvo de inúmeras pesquisas. O entendimento da morfologia, fisiologia e parâmetros bioquímicos deste ascomiceto é o primeiro passo para a adoção de medidas eficientes de controle da doença. Os objetivos deste trabalho foram avaliar os aspectos morfológicos, fisiológicos e bioquímicos relativos à patogenicidade do fungo M. oryzae em trigo, além de determinar in vitro as condições ótimas de temperatura e fotoperíodo para o crescimento e esporulação dos isolados testados, quantificar a pressão de turgor exercida pelo apressório no momento da penetração do substrato, verificar a presença de enzimas extracelulares produzidas pelo patógeno e o papel de cada uma delas na degradação da parede celular e, também, demonstrar a possível produção e ação de metabólitos tóxicos do fungo em plântulas de trigo. Dois isolados do fungo, Py5003 e Py6017, foram repicados para os meios de cultivo cenoura, milho-cenoura, batata-dextrose-ágar (BDA), aveia e V8, incubados, de maneira independente, sob luz contínua, escuro contínuo e fotoperíodo de 12h, por 20 dias, sendo avaliados periodicamente quanto ao crescimento micelial total e esporulação do patógeno. Em seguida, conídios germinados e com apressórios formados foram submetidos a diferentes concentrações de PEG-8000 para a mensuração da pressão de turgor apressorial. Além disso, o teor de proteínas totais foi mensurado e a atividade celulolítica determinada, por espectrofotometria indireta para os isolados cultivados em meio Merlin-Norkrans Modificado (MNM), a partir das enzimas exo e endo-?-1,4-glucanase e ?-glicosidase. A produção de metabólitos tóxicos foi determinada por condutivimetria, após o cultivo dos isolados por 5 e 10 dias em batata-dextrose (BD) e obtenção dos filtrados após esse período, sendo que, a ação destes, foi observada em plântulas de trigo com 25 dias de idade. Os resultados evidenciaram melhor crescimento micelial e esporulação dos isolados em meio de cultivo composto de aveia, incubado a 25 °C e fotoperíodo de 12 h. A pressão de turgor apressorial, tanto para Py5003 quanto para Py6017, concentrouse na faixa dos 7,5 MPa. Não houve diferença estatística entre os teores de proteínas totais apresentados pelo isolados. Os dois isolados exibiram alta atividade celulolítica, com diminuição da atividade observada para endo-?-1,4-glucanase e ?- glicosidase na presença de glicose e celobiose, respectivamente. A exposição de plântulas de trigo aos filtrados dos isolados do fungo M. oryzae provocou alta liberação de eletrólitos, sendo, em termos absolutos, Py5003 maior do que Py6017. Plântulas expostas ao filtrado, autoclavado ou não, e ao extrato bruto obtido a partir da separação dos metabólitos tóxicos em acetato de etila, apresentaram-se cloróticas e/ou necróticas. Os resultados sugerem um mecanismo de parasitismo desenvolvido por M. oryzae no desenvolvimento da brusone em trigo, indo desde a fase de pré-penetração, passando pelo estabelecimento das relações parasitárias estáveis e o aparecimento de sintomas e sinais na planta hospedeira. / The fungus Magnaporthe oryzae, causal agent of blast in wheat and several other grasses, since its first occurrence in Brazil has been the subject of extensive research. The understanding of the morphology, physiology and biochemical parameters of this ascomycete is the first step for the adoption of efficient measures to control the disease. The objectives of this study were to evaluate the morphological, physiological and biochemical aspects related to the pathogenicity of the fungus M. oryzae on wheat. Thus, it were determined in vitro the optimal conditions of temperature and photoperiod for growth and sporulation of the isolates tested, quantified the pressure exerted by appressorium at the time of substrate penetration, verified the presence of extracellular enzymes produced by the pathogen and their role in the degradation of cell wall and also demonstrated the possible production and action of toxic metabolites of the fungus in wheat seedlings. Two isolates of the fungus, Py5003 and Py6017, were grown on carrot, maize-carrot, PDA, oat and V8 media and measure periodically for 20 days and after that period, being evaluated the total mycelia growth and sporulation of the pathogen. Then, germinated conidia and appressoria were subjected to different concentrations of PEG-8000 for the measurement of appressorial turgor pressure. In addition, the concentration of total proteins was measured and enzyme activity (exo and endo-?- 1,4-glucanase, ?-glucosidase) was determined by indirect spectrophotometry, for the isolates grown in Modified Melin-Nokrans (MMN) medium. The production of toxic metabolites was determined after growing the isolates for 5 and 10 days in potatodextrose medium (PD) and obtaining the filtrate. The toxic action was evaluated in wheat seedlings (25 days old) by measuring electrolyte leakage. The results showed better mycelial growth and sporulation of the isolates in oat medium incubated at 25 °C and under a photoperiod of 12 h. Appressorial turgor pressure for both isolates were at the range of 7.5 MPa.There were no statistical differences between the levels of total protein presented by the isolates. The two isolates showed high cellulolytic activity, with decreased activity observed for endo-?-1,4-glucanase and ?- glucosidase in the presence of glucose and celobiose, respectively. The exposure of wheat seedlings to the filtrates of the fungus M. oryzae caused high electrolyte release, being, in absolute terms, Py5003 greater than Py6017. Seedlings exposed to the filtrate, autoclaved or not, and the crude extract obtained from the separation of the toxic metabolites in ethyl acetate, exibited clorotic and/or necrotic. These results suggest a mechanism of parasitism developed by M. oryzae on wheat, ranging from pre-penetration through the establishment of stable parasitic relationships and the appearance of symptoms and signals in the host plant.

O fungo Magnaporthe oryzae, agente causal da brusone em trigo e em várias outras gramíneas, desde o seu primeiro relato no Brasil tem sido alvo de inúmeras pesquisas. O entendimento da morfologia, fisiologia e parâmetros bioquímicos deste ascomiceto é o primeiro passo para a adoção de medidas eficientes de controle da doença. Os objetivos deste trabalho foram avaliar os aspectos morfológicos, fisiológicos e bioquímicos relativos à patogenicidade do fungo M. oryzae em trigo, além de determinar in vitro as condições ótimas de temperatura e fotoperíodo para o crescimento e esporulação dos isolados testados, quantificar a pressão de turgor exercida pelo apressório no momento da penetração do substrato, verificar a presença de enzimas extracelulares produzidas pelo patógeno e o papel de cada uma delas na degradação da parede celular e, também, demonstrar a possível produção e ação de metabólitos tóxicos do fungo em plântulas de trigo. Dois isolados do fungo, Py5003 e Py6017, foram repicados para os meios de cultivo cenoura, milho-cenoura, batata-dextrose-ágar (BDA), aveia e V8, incubados, de maneira independente, sob luz contínua, escuro contínuo e fotoperíodo de 12h, por 20 dias, sendo avaliados periodicamente quanto ao crescimento micelial total e esporulação do patógeno. Em seguida, conídios germinados e com apressórios formados foram submetidos a diferentes concentrações de PEG-8000 para a mensuração da pressão de turgor apressorial. Além disso, o teor de proteínas totais foi mensurado e a atividade celulolítica determinada, por espectrofotometria indireta para os isolados cultivados em meio Merlin-Norkrans Modificado (MNM), a partir das enzimas exo e endo-?-1,4-glucanase e ?-glicosidase. A produção de metabólitos tóxicos foi determinada por condutivimetria, após o cultivo dos isolados por 5 e 10 dias em batata-dextrose (BD) e obtenção dos filtrados após esse período, sendo que, a ação destes, foi observada em plântulas de trigo com 25 dias de idade. Os resultados evidenciaram melhor crescimento micelial e esporulação dos isolados em meio de cultivo composto de aveia, incubado a 25 °C e fotoperíodo de 12 h. A pressão de turgor apressorial, tanto para Py5003 quanto para Py6017, concentrouse na faixa dos 7,5 MPa. Não houve diferença estatística entre os teores de proteínas totais apresentados pelo isolados. Os dois isolados exibiram alta atividade celulolítica, com diminuição da atividade observada para endo-?-1,4-glucanase e ?- glicosidase na presença de glicose e celobiose, respectivamente. A exposição de plântulas de trigo aos filtrados dos isolados do fungo M. oryzae provocou alta liberação de eletrólitos, sendo, em termos absolutos, Py5003 maior do que Py6017. Plântulas expostas ao filtrado, autoclavado ou não, e ao extrato bruto obtido a partir da separação dos metabólitos tóxicos em acetato de etila, apresentaram-se cloróticas e/ou necróticas. Os resultados sugerem um mecanismo de parasitismo desenvolvido por M. oryzae no desenvolvimento da brusone em trigo, indo desde a fase de pré-penetração, passando pelo estabelecimento das relações parasitárias estáveis e o aparecimento de sintomas e sinais na planta hospedeira. / The fungus Magnaporthe oryzae, causal agent of blast in wheat and several other grasses, since its first occurrence in Brazil has been the subject of extensive research. The understanding of the morphology, physiology and biochemical parameters of this ascomycete is the first step for the adoption of efficient measures to control the disease. The objectives of this study were to evaluate the morphological, physiological and biochemical aspects related to the pathogenicity of the fungus M. oryzae on wheat. Thus, it were determined in vitro the optimal conditions of temperature and photoperiod for growth and sporulation of the isolates tested, quantified the pressure exerted by appressorium at the time of substrate penetration, verified the presence of extracellular enzymes produced by the pathogen and their role in the degradation of cell wall and also demonstrated the possible production and action of toxic metabolites of the fungus in wheat seedlings. Two isolates of the fungus, Py5003 and Py6017, were grown on carrot, maize-carrot, PDA, oat and V8 media and measure periodically for 20 days and after that period, being evaluated the total mycelia growth and sporulation of the pathogen. Then, germinated conidia and appressoria were subjected to different concentrations of PEG-8000 for the measurement of appressorial turgor pressure. In addition, the concentration of total proteins was measured and enzyme activity (exo and endo-?- 1,4-glucanase, ?-glucosidase) was determined by indirect spectrophotometry, for the isolates grown in Modified Melin-Nokrans (MMN) medium. The production of toxic metabolites was determined after growing the isolates for 5 and 10 days in potatodextrose medium (PD) and obtaining the filtrate. The toxic action was evaluated in wheat seedlings (25 days old) by measuring electrolyte leakage. The results showed better mycelial growth and sporulation of the isolates in oat medium incubated at 25 °C and under a photoperiod of 12 h. Appressorial turgor pressure for both isolates were at the range of 7.5 MPa.There were no statistical differences between the levels of total protein presented by the isolates. The two isolates showed high cellulolytic activity, with decreased activity observed for endo-?-1,4-glucanase and ?- glucosidase in the presence of glucose and celobiose, respectively. The exposure of wheat seedlings to the filtrates of the fungus M. oryzae caused high electrolyte release, being, in absolute terms, Py5003 greater than Py6017. Seedlings exposed to the filtrate, autoclaved or not, and the crude extract obtained from the separation of the toxic metabolites in ethyl acetate, exibited clorotic and/or necrotic. These results suggest a mechanism of parasitism developed by M. oryzae on wheat, ranging from pre-penetration through the establishment of stable parasitic relationships and the appearance of symptoms and signals in the host plant.

Bien qu’elles ne disposent pas de muscles, les plantes ont réussi à développer un nombre remarquable de mécanismes permettant de créer des mouvements rapides, du repliement rapide des feuilles de mimosa pudica à la dispersion de graines par explosion. Parmi ces exemples spectaculaires qui ont depuis longtemps fasciné les scientifiques, la plante carnivore dionée, dont les feuilles se referment en une fraction de secondes pour capturer des insectes, fait figure de paradigme. Récemment, nous avons montré que ce mouvement met en jeu une instabilité de flambage élastique, due à la forme de coque mince des feuilles du piège. Cependant, l’origine microscopique du mouvement qui permet à la plante de franchir le seuil d’instabilité et de changer activement sa courbure reste méconnue. Dans cette thèse nous étudions ce mouvement actif en utilisant un dispositif micro-fluidique, la sonde de pression, qui donne accès directement aux paramètres élastiques et hydrodynamiques à l’échelle de la cellule (pression osmotique, perméabilité cellulaire, élasticité de la paroi, ...). Nos résultats remettent en question le rôle des flux d’eau d’origine osmotique souvent mis en avant pour expliquer la fermeture active du piège de la dionée. De plus, nous développons un dispositif de micro indentation original utilisant un rhéomètre, pour mesurer la réponse locale des tissus et les propriétés mécaniques des épidermes interne et externe. Nous mesurons une signature claire du mouvement actif de la dionée, et fournissons ainsi de nouveaux arguments pour discuter le mécanisme de fermeture, et plus généralement les mouvements rapides dans les plantes. / Although they lack muscle, plants have evolved a remarkable range of mechanisms to create rapid motion, from the rapid folding of sensitive plants to seed dispersal. Of these spectacular examples that have long fascinated scientists, the carnivorous plant Venus flytrap, whose leaves snap together in a fraction of second to capture insects, has long been a paradigm for study. Recently, we have shown that this motion involves a snap-buckling instability due to the shell-like geometry of the leaves of the trap. However, the origin of the movement that allows the plant to cross the instability threshold and actively bend remains largely unknown. In this study, we investigate this active motion using a micro-fluidic pressure probe that gives direct hydraulic and mechanical measurements at the cellular level (osmotic pressure, cell membrane permeability, cell wall elasticity). Our results challenge the role of osmotically-driven water flows usually put forward to explain Venus flytrap’s active closure. Moreover, we developp a micro-indentation original setup using a rheometer, to measure the local tissue response and mechanical properties of the lower and upper epidermis. Then, we detect a clear signature of the active movement in the Venus Flytrap, and thus provide new arguments to discuss this mechanism, and more generally the movements in plants.

A acidez do solo é um dos principais fatores limitantes à produção vegetal. A toxicidade por alumínio, que ocorre apenas a pH baixo, tem sido extensamente investigada, enquanto o estresse causado pelo pH baixo tem recebido pouca atenção. Os estudos nesta área quase sempre presumem efeitos aditivos, e portanto independentes, da toxicidade por Al3+ e H+. Este provavelmente não é o caso, sendo que o pH baixo pode ser um fator de predisposição das células ao Al3+. As evidências indicam que o pH baixo causa desarranjos na parede de células em crescimento, gerando estresse que pode comprometer a sua funcionalidade e integridade. É provável que a susceptibilidade a este estresse deve ser dependente da pressão de turgor. Por sua vez, o metabolismo oxidativo e a geração de espécies reativas de oxigênio (ROS) na parede celular podem modular a sua extensibilidade por romper ou criar ligações dentro ou entre cadeias de polissacarídeo. Há grande interesse em se conhecer se, à semelhança do que ocorre em leveduras, as células vegetais possuem um sistema de percepção e resposta a estresse da parede. Os pêlos radiculares em crescimento são sensíveis a pH baixo e estresse hipo-osmótico e constituem um bom modelo experimental para estes estudos. Os objetivos deste trabalho foram: a) Otimizar um sistema experimental para o estudo de pêlos radiculares de tomateiro (Solanum lycopersicum L. cv Micro-Tom); b) Avaliar as respostas dos pêlos radiculares ao estresse por pH baixo e hipo-osmolaridade; c) Examinar o papel da modulação oxidativa da parede celular nestas respostas; e d) Avaliar a resposta de diferentes mutantes hormonais de Micro-Tom a estes fatores de estresse. Os principais parâmetros avaliados foram a taxa de alongamento (µm.min-1) e a freqüência de rompimento dos pêlos. Tanto o estresse por pH baixo quanto choques hipo-osmóticos resultaram em taxas de alongamento significativamente diminuídos e o rompimento de pêlos radiculares, mas os efeitos dos tratamentos hipo-osmóticos foram mais marcantes. Uma curva de resposta frente à osmolaridade da solução externa revelou que a taxa de alongamento aumentou com a diminuição da osmolaridade até alcançar um limiar em que houve redução drástica da taxa de alongamento e começou-se a observar o rompimento de pêlos. Também se observou uma interação entre hipo-osmolaridade e pH baixo. O emprego do inibidor difenileno iodônio não forneceu evidências do envolvimento de NADPH oxidases da membrana plasmática na resposta de pêlos radiculares a choque hipo-osmótico ou pH baixo. Já no caso do inibidor ácido salicilhidroxâmico, encontrou-se evidências do envolvimento de peroxidases da parede. Nos mutantes hormonais dgt (pouco sensível a auxina) e epi (super produtor de etileno), mas não em not (deficiente em ácido abscísico), os pêlos radiculares apresentaram uma melhor resposta de ajustamento a choque hipo-osmótico do que Micro-Tom, reduzindo o alongamento e o rompimento dos pêlos. Este trabalho fornece fortes evidências de que os pêlos radiculares possuem um mecanismo de percepção e resposta a estresse da parede visando à manutenção de sua integridade e que apresentam bom potencial como sistema modelo nesta linha de pesquisa / Soil acidity is a major factor limiting plant growth worldwide. Aluminum toxicity, which occurs only at low pH, has been extensively studied, whereas low pH stress has received much less attention. Studies on Al3+ and H+ toxicity make the underlying assumption that the effects of these stress factors are additive, and, therefore independent of each other. However, this is most likely not the case and low pH may be a factor which increases susceptibility to further injury by Al3+. There is evidence that low pH causes disruption in cell wall structure of growing cells, which might jeopardize cell wall functionality and integrity. It is likely that turgor pressure plays an important role in cell wall stress caused by low pH. The apoplastic metabolism of reactive oxygen species (ROS) can modulate cell wall extensibility by making or breaking bonds within and between cell wall polysaccharides. A major question is whether, similarly to yeast, plant cells have a cell wall integrity signaling and response system. Growing root hairs are sensitive to low pH and hypo-osmotic stress and are potentially good experimental systems for such investigations. The objectives of this study were: a) Optimize an experimental system to examine tomato (Solanum lycopersicum L. cv Micro-Tom) root hairs; b) Examine the response of root hairs to low pH and hypo-osmotic stress; c) Examine the role of oxidative modulation of the cell wall in these responses; and d) Evaluate the response of different hormonal mutants of Micro-Tom to these stress factors. Root hair elongation rates (µm.min-1) and the frequency of cell bursting were the major experimental parameters which were evaluated. Both low pH and, more markedly, hypo-osmotic stress caused significant reductions in elongation rates and the bursting of root hair tips. In a response curve to varying osmolarities of the external medium, root hair elongation rates increased with decreasing osmolarities until a threshold was reached and elongation rates decreased drastically and the bursting of root hairs began to be observed. Interactions between low pH and hypo-osmolarity were observed. The use of the inhibitor diphenylene iodonium (DPI) did not provide evidence for the involvement of plasma membrane NADPH in the response of root hairs to low pH and hypo-osmotic shock. However, a role for cell wall peroxidases was provided by use of the inhibitor salicylhydroxamic acid (SHAM). Root hairs of the hormonal mutants dgt (low sensitivity to auxin) and epi (ethylene super producer), but not not (deficient in abscisic acid), displayed a more effective response to hypo-osmotic shock than Micro-Tom, by decreasing elongation rates and cell bursting to a greater degree. This study provides strong evidence to suggest that root hairs have a cell wall integrity response system and that root hairs are potentially good cell model systems for such research

農林水産研究情報センターで作成したPDFファイルを使用している。

農林水産研究情報センターで作成したPDFファイルを使用している。

A acidez do solo é um dos principais fatores limitantes à produção vegetal. A toxicidade por alumínio, que ocorre apenas a pH baixo, tem sido extensamente investigada, enquanto o estresse causado pelo pH baixo tem recebido pouca atenção. Os estudos nesta área quase sempre presumem efeitos aditivos, e portanto independentes, da toxicidade por Al3+ e H+. Este provavelmente não é o caso, sendo que o pH baixo pode ser um fator de predisposição das células ao Al3+. As evidências indicam que o pH baixo causa desarranjos na parede de células em crescimento, gerando estresse que pode comprometer a sua funcionalidade e integridade. É provável que a susceptibilidade a este estresse deve ser dependente da pressão de turgor. Por sua vez, o metabolismo oxidativo e a geração de espécies reativas de oxigênio (ROS) na parede celular podem modular a sua extensibilidade por romper ou criar ligações dentro ou entre cadeias de polissacarídeo. Há grande interesse em se conhecer se, à semelhança do que ocorre em leveduras, as células vegetais possuem um sistema de percepção e resposta a estresse da parede. Os pêlos radiculares em crescimento são sensíveis a pH baixo e estresse hipo-osmótico e constituem um bom modelo experimental para estes estudos. Os objetivos deste trabalho foram: a) Otimizar um sistema experimental para o estudo de pêlos radiculares de tomateiro (Solanum lycopersicum L. cv Micro-Tom); b) Avaliar as respostas dos pêlos radiculares ao estresse por pH baixo e hipo-osmolaridade; c) Examinar o papel da modulação oxidativa da parede celular nestas respostas; e d) Avaliar a resposta de diferentes mutantes hormonais de Micro-Tom a estes fatores de estresse. Os principais parâmetros avaliados foram a taxa de alongamento (µm.min-1) e a freqüência de rompimento dos pêlos. Tanto o estresse por pH baixo quanto choques hipo-osmóticos resultaram em taxas de alongamento significativamente diminuídos e o rompimento de pêlos radiculares, mas os efeitos dos tratamentos hipo-osmóticos foram mais marcantes. Uma curva de resposta frente à osmolaridade da solução externa revelou que a taxa de alongamento aumentou com a diminuição da osmolaridade até alcançar um limiar em que houve redução drástica da taxa de alongamento e começou-se a observar o rompimento de pêlos. Também se observou uma interação entre hipo-osmolaridade e pH baixo. O emprego do inibidor difenileno iodônio não forneceu evidências do envolvimento de NADPH oxidases da membrana plasmática na resposta de pêlos radiculares a choque hipo-osmótico ou pH baixo. Já no caso do inibidor ácido salicilhidroxâmico, encontrou-se evidências do envolvimento de peroxidases da parede. Nos mutantes hormonais dgt (pouco sensível a auxina) e epi (super produtor de etileno), mas não em not (deficiente em ácido abscísico), os pêlos radiculares apresentaram uma melhor resposta de ajustamento a choque hipo-osmótico do que Micro-Tom, reduzindo o alongamento e o rompimento dos pêlos. Este trabalho fornece fortes evidências de que os pêlos radiculares possuem um mecanismo de percepção e resposta a estresse da parede visando à manutenção de sua integridade e que apresentam bom potencial como sistema modelo nesta linha de pesquisa / Soil acidity is a major factor limiting plant growth worldwide. Aluminum toxicity, which occurs only at low pH, has been extensively studied, whereas low pH stress has received much less attention. Studies on Al3+ and H+ toxicity make the underlying assumption that the effects of these stress factors are additive, and, therefore independent of each other. However, this is most likely not the case and low pH may be a factor which increases susceptibility to further injury by Al3+. There is evidence that low pH causes disruption in cell wall structure of growing cells, which might jeopardize cell wall functionality and integrity. It is likely that turgor pressure plays an important role in cell wall stress caused by low pH. The apoplastic metabolism of reactive oxygen species (ROS) can modulate cell wall extensibility by making or breaking bonds within and between cell wall polysaccharides. A major question is whether, similarly to yeast, plant cells have a cell wall integrity signaling and response system. Growing root hairs are sensitive to low pH and hypo-osmotic stress and are potentially good experimental systems for such investigations. The objectives of this study were: a) Optimize an experimental system to examine tomato (Solanum lycopersicum L. cv Micro-Tom) root hairs; b) Examine the response of root hairs to low pH and hypo-osmotic stress; c) Examine the role of oxidative modulation of the cell wall in these responses; and d) Evaluate the response of different hormonal mutants of Micro-Tom to these stress factors. Root hair elongation rates (µm.min-1) and the frequency of cell bursting were the major experimental parameters which were evaluated. Both low pH and, more markedly, hypo-osmotic stress caused significant reductions in elongation rates and the bursting of root hair tips. In a response curve to varying osmolarities of the external medium, root hair elongation rates increased with decreasing osmolarities until a threshold was reached and elongation rates decreased drastically and the bursting of root hairs began to be observed. Interactions between low pH and hypo-osmolarity were observed. The use of the inhibitor diphenylene iodonium (DPI) did not provide evidence for the involvement of plasma membrane NADPH in the response of root hairs to low pH and hypo-osmotic shock. However, a role for cell wall peroxidases was provided by use of the inhibitor salicylhydroxamic acid (SHAM). Root hairs of the hormonal mutants dgt (low sensitivity to auxin) and epi (ethylene super producer), but not not (deficient in abscisic acid), displayed a more effective response to hypo-osmotic shock than Micro-Tom, by decreasing elongation rates and cell bursting to a greater degree. This study provides strong evidence to suggest that root hairs have a cell wall integrity response system and that root hairs are potentially good cell model systems for such research