Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / A salinidade elevada do solo pode estar associada à escassez de K+, propiciando estresses interativos sobre a nutriÃÃo das plantas, os quais prejudicam a produÃÃo agrÃcola. Os mecanismos de transporte de Na+ e K+ nas interfaces solo-simplasto radicular-xilema sÃo decisivos para o estabelecimento da toxicidade de Na+ nas plantas submetidas ao estresse salino, especialmente sob baixa disponibilidade de K+. Assim sendo, o objetivo desse trabalho foi caracterizar fisiologicamente os mecanismos de transporte de Na+ e K+ envolvidos com a absorÃÃo e o carregamento do xilema nas raÃzes de feijÃo caupi [Vigna unguiculata (L.) Walp.]. A absorÃÃo de Na+ por mecanismos de baixa afinidade, investigada por experimentos de influxo em raÃzes destacadas, foi mediada por uma via sensÃvel e uma via insensÃvel ao Ca2+. A via sensÃvel ao Ca2+ deve envolver os canais de cÃtions nÃo-seletivos (NSCCs), enquanto a via insensÃvel deve depender dos canais de K+ e dos transportadores de K+ sensÃveis ao NH4+. A absorÃÃo de K+ por mecanismos de alta afinidade, examinada pela tÃcnica de influxo em raÃzes destacadas, envolveu uma via sensÃvel e uma via insensÃvel ao NH4+. A via sensÃvel ao NH4+ deve ser mediada pelos transportadores das famÃlias KT/HAK/KUP e HKT e a via insensÃvel, pelos canais de K+. O carregamento de Na+ e K+ no xilema, estudado por experimentos de exudaÃÃo radicular, indicou que a elevada seletividade K+/Na+ apresentada por feijÃo caupi foi colapsada sob concentraÃÃes externas de Na+ superiores a 20 mM, na presenÃa de K+ 1 mM. O acesso quase irrestrito de Na+ ao xilema radicular foi compensado pela liberaÃÃo aumentada de K+ na seiva e pela manutenÃÃo do fluxo de K+ para a parte aÃrea. A compartimentalizaÃÃo de Na+ nas raÃzes deve atuar como barreira fisiolÃgica para excluir Na+ das folhas e, conseqÃentemente, deve evitar a toxicidade desse Ãon em feijÃo caupi pela manutenÃÃo da alta relaÃÃo K+/Na+ foliar. A privaÃÃo de K+ aliada ao tratamento salino intensificou o fluxo de Na+ e restringiu o fluxo de K+ no xilema radicular, alÃm de aumentar a acumulaÃÃo de Na+ nas folhas novas, propiciando condiÃÃes menos favorÃveis à homeostase iÃnica em feijÃo caupi, em comparaÃÃo com o estresse salino aplicado isoladamente. / High soil salinity can be associated with K+ starvation enabling interactive stresses on plant nutrition that impair crop production. The transport mechanisms on the soil-root symplast-xylem boundaries are crucial to the establishment of Na+ toxicity under salt stress, especially under low K+ availability. Then, the aim of this work was the physiological characterization of Na+ and K+ uptake and xylem loading in the roots of cowpea [Vigna unguiculata (L.) Walp.]. Low-affinity Na+ uptake, investigated by influx experiments using detached roots, was mediated by Ca2+-sensitive and Ca2+-insensitive pathways. The Ca2+-sensitive pathway may involve non-selective cation channels (NSCCs), while the Ca2+-insensitive pathway may depend on K+ channels and NH4+-sensitive K+ transporters. High-affinity K+ uptake, examined by the excided root technique, involved NH4+-sensitive and NH4+-insensitive pathways. The NH4+-sensitive pathway may be mediated by K+ transporters from the KT/HAK/KUP e HKT families and the NH4+-insensitive pathway may depend on K+ channels. Xylem loading, assessed by root exudation experiments, indicates that the high K+/Na+ selectivity showed by cowpea was collapsed under external Na+ concentrations above 20 mM in the presence of 1 mM K+. The Na+ access to the root xylem was almost unrestricted and it was compensated by enhanced K+ release to the sap. The Na+ compartmentation into the root cells may act as a physiological barrier to Na+ exclusion from the leaves, avoiding Na+ toxicity in cowpea due to the maintenance of the high leaf K+/Na+ ratio. K+ starvation associated with salt stress intensified the Na+ flux and restricted the K+ flux into the root xylem, as it enhanced Na+ accumulation in the young leaves, allowing unfavourable conditions to ionic homeostasis in cowpea in comparison with salt stress applied individually.

Apenas muito recentemente estratégias genômicas e pós-genômicas têm sido utilizadas em estudos de espécies arbóreas importantes na silvicultura. Nos países tropicais, a exemplo do Brasil, as espécies de eucalipto são especialmente importantes nos plantios comerciais principalmente destinados à indústria de papel e celulose. O eucalipto é caracterizado por elevadas taxas de crescimento e alta adaptabilidade resultante da interação de mecanismos moleculares e processos metabólicos ainda pouco conhecidos. Nesse sentido, o presente trabalho teve como objetivo principal o estabelecimento de perfis transcricionais comparativos para folhas e para o xilema em formação de árvores de Eucalyptus grandis. grandis. O uso do método SAGE permitiu analisar 5864 genes dos quais 2247 (38%) puderam ser identificados. Foram encontrados 464 genes diferencialmente expressos, sendo 47 exclusivamente expressos na região cambial e 64 nas folhas. Além disso, as estratégias adotadas na identificação tags-genes permitiram que as SAGE tags fossem eficientemente utilizadas na diferenciação de isoformas gênicas tecido-específicas e de localização celular específica. Genes relacionados à fotossíntese, fotorrespiração e destoxificação celular foram preferencialmente encontrados na biblioteca SAGE de folhas, enquanto genes relacionados à síntese da parede celular, organização do citoesqueleto e respiração, foram preferencialmente expressos na biblioteca SAGE de madeira. Os níveis de expressão dos transcritos sugeriram a ocorrência de possíveis mecanismos de controle transcricional comum para grupos de genes funcionalmente relacionados e foram também utilizados para sugestão de genes e processos que representam alvos potenciais para o melhoramento do eucalipto. / Recently genomic and post-genomic strategies have been used to study important tree species in planted forests. In the tropical countries, like Brazil, Eucalyptus species are especially important in commercial plantations destined for the paper and cellulose industry. Eucalyptus species are characterized by their high growth rates and great adaptability resulting from the interaction between molecular mechanisms and metabolic processes that are still uncharacterized. Thus, the main goal of this work was the comparison of the transcriptional profiles from leaves and the cambial region of Eucalyptus grandis trees. The use of SAGE allowed the evaluation of 5864 expressed tags of which 2247 (38%) could be identified. 464 differentially expressed tags were indicated, of which 47 were exclusively expressed in the cambial region library and 64 in the leaf library. Furthermore, the strategies used in the tag mapping process allowed an efficient use of the SAGE tags to distinguish gene isoforms with tissue-specific and/or specific cell localizations. Genes related to photosynthesis, photorespiration and cellular detoxification were preferentially found in the SAGE leaf library, while genes involved in cell wall biosynthesis, cytoskeletal organization and respiration were preferentially expressed in the developing xylem. Transcript expression levels suggested the presence of a common transcriptional control for a few functionally related genes, for example, some lignin related genes. Importantly, transcript expression levels were also used for the identification of target genes and processes potentially useful in future Eucalyptus breeding programs.

O crescimento e o desenvolvimento de ecossistemas florestais são fortemente influenciados pelas flutuações do clima. Sendo assim, espera-se que florestas de eucalipto de rápido crescimento sejam amplamente afetadas pelas mudanças climáticas. A utilização de métodos que possibilitem a avaliação e comparação dos atributos funcionais do xilema das árvores sob a dinâmica dos ciclos biogeoquímicos são necessários, a fim de antecipar e mitigar as consequências das mudanças climáticas no funcionamento das plantações. A análise do crescimento, anatomia, microdensidade e propriedades hidráulicas do xilema podem trazer importantes conhecimentos sobre a fisiologia das árvores. A avaliação dessas propriedades, contudo, ocorre geralmente em algumas regiões do xilema do tronco, ou ramos, sendo sua avaliação ao longo de todo o histórico das árvores um desafio. Assim, a relação entre as propriedades e atributos funcionais das árvores com os ciclos da água e do carbono no nível do ecossistema ainda não está claro. Em março de 2008, instalou-se em área localizada próxima do município de Itatinga-SP, a torre de fluxo do Projeto EucFlux. O projeto tem como objetivo avaliar os fluxos de carbono e água (eddy covariance) ao longo do crescimento e desenvolvimento de árvores de eucalipto. Isso, permite avaliar as dinâmicas biogeoquímicas sobre o ecossistema florestal, buscando predizer sua produtividade sob diferentes condições climáticas. Em novembro de 2009, mudas de Eucalyptus grandis foram plantadas na área experimental de 90 ha, sendo avaliadas (diâmetro, altura, volume, etc.) até maio de 2018 (final da rotação). Com o corte das árvores, uma análise retrospectiva das propriedades e atributos funcionais do xilema do tronco de árvores de E. grandis foi realizada. Buscando compreender as relações dessas propriedades com as variações inter-intranuais das variáveis climáticas e ciclos do carbono e da água registrados pela torre de fluxo. Os métodos, resultados e avanços do presente estudo são descritos em dois capítulos. No Capítulo I, utilizou-se amostras do lenho de Eucalyptus grandis, Tectona grandis e Cedrela fissilis, para a descrição de um protocolo para obtenção de cortes histológicos longos e seus potenciais usos para avaliação de anéis de crescimento de árvores de eucalipto e espécies arbóreas tropicais, em uma abordagem conjunta de anatomia microscópica, perfis de microdensidade e anatomia quantitativa. Para o Capítulo II, avaliou-se árvores de E. grandis, seus anéis de crescimento (classes dominantes e codominantes), relacionando o crescimento radial e as propriedades do lenho do seu tronco (anatomia e microdensidade conforme capítulo I) com os ciclos biogeoquímicos (torre de fluxo, eddy covariance) em um período de 8 anos e em resolução inter-intranual. Como também a relação da formação do xilema com o crescimento em altura das árvores no mesmo período e resolução. Observou-se diferenças significativas entre o crescimento e as propriedades do lenho das três classes de dominância, onde as dominantes, seguidas pelas codominantes e dominadas, apresentaram maiores dimensões e densidade do lenho. As variáveis climáticas e fluxos de carbono e água apresentaram forte correlação com as propriedades e atributos funcionais do lenho, onde maior temperatura média e disponibilidade de água, resultaram em maior crescimento do tronco, menor densidade do lenho e vasos de maior diâmetro e, assim, maior condutividade potencial do xilema. A evapotranspiração do ecossistema apresentou correlação significativa com todas as variáveis estudadas, sendo forte indício das flutuações das variáveis climáticas e, assim, regulador da formação do xilema e funcionamento das árvores. Observou-se correlação entre os fluxos de carbono e crescimento, onde valores mais negativos de C (maior sequestro) resultaram em maior crescimento. O evento de estresse hídrico de 2014 teve forte efeito sobre os ciclos do carbono e da água, alterando assim, as propriedades do lenho das árvores. Ainda, o crescimento em altura teve forte correlação com as propriedades do lenho, onde maior altura resultou em vasos de maior dimensão e, assim, um sistema hidráulico com maior potencial de condução, contudo, com maior risco de cavitação e falha hidráulica. Os resultados integrados apontam o forte potencial da utilização de cortes histológicos longos para espécies tropicais, aprimorando a delimitação das camadas de crescimento anuais e permitindo a quantificação de variáveis anatômicas em conjunto com perfis de microdensidade, fundamentais para estudos fisiológicos das árvores. Assim, a relação das propriedades do lenho, com as flutuações das variáveis climáticas e ciclos do carbono e da água ao longo de todo o histórico de uma rotação de eucalipto em resolução inter-intranual tornou-se possível, indicando importantes novas possibilidades para os estudos de dendrocronologia e ciências florestais. / Growth and development of forest ecosystems are strongly influenced by climate fluctuations. Thus, fast-growing eucalyptus forests are expected to be largely affected by climate change. The use of methods that allow the evaluation and comparison of the functional traits of the tree xylem under the dynamics of the biogeochemical cycles are necessary in order to anticipate and mitigate the consequences of climate change on the functioning of plantations. The analysis of the growth, anatomy, microdensity and hydraulic properties of the xylem can bring important knowledge about the physiology of the trees. The evaluation of these properties, however, usually occurs in some regions of the trunk xylem, or branches, and their evaluation throughout the entire tree history is a challenge. Thus, the relationship between the properties and functional traits of trees with water and carbon cycles at the ecosystem level is still unclear. In March 2008, the flux tower of the EucFlux Project was installed in an area located near of Itatinga-SP. The project aims to evaluate the flux of carbon and water (eddy covariance) along the growth and development of eucalyptus trees. This allows to evaluate the biogeochemical dynamics on the forest ecosystem, seeking to predict its productivity under different climate conditions. In November 2009, seedlings of Eucalyptus grandis were planted in the experimental area of 90 ha, being evaluated (diameter, height, volume, etc.) until May 2018 (end of rotation). With the cut of the trees, a retrospective analysis of the properties and functional traits of the trunk xylem of E. grandis trees was performed. Seeking to understand the relationships of these properties with inter and intra annual variations of the climate variables and cycles of carbon and water, recorded by flux tower. The methods, results and advances of the present study are described in two chapters. In Chapter I, samples of Eucalyptus grandis, Tectona grandis and Cedrela fissilis wood, were used to describe a protocol for obtaining long histological sections and their potential uses for evaluation of growth rings of eucalyptus trees and tropical tree species, in a joint approach of microscopic anatomy, microdensity profiles and quantitative wood anatomy. For Chapter II, it was evaluated E. grandis trees, their growth rings (dominant and codominant classes), relating the radial growth and the wood properties of their trunk (anatomy and microdensity according to chapter I) to the biogeochemical cycles (flux tower, eddy covariance) over a period of 8 years in inter and intra annual resolution. As also, the relation of the xylem formation with the growth in height of the trees in the same period and resolution. Significant differences were observed between growth and wood properties of the three dominance classes, where dominant, followed by codominant and dominated, had larger wood dimensions and density. The climate variables and carbon and water fluxes showed a strong correlation with the properties and functional attributes of the wood, where higher mean temperature and water availability resulted in higher trunk growth, lower wood density and larger diameter vessels, greater potential conductivity of the xylem. The evapotranspiration of the ecosystem showed a significant correlation with all the studied variables, being a strong indication of the climate variables fluctuations and, therefore, regulator of xylem formation and tree functioning. There was a correlation between carbon fluxes and growth, where more negative values of C (higher sequestration) resulted in higher growth. The water stress event of 2014 had a strong effect on the carbon and water cycles, thus altering the wood properties of the trees. Also, the growth in height had a strong correlation with the properties of the wood, where higher height resulted in larger vessels and, thus, a hydraulic system with greater potential of conduction, however, with greater risk of cavitation and hydraulic failure. The integrated results point to the strong potential of using long histological sections for tropical species, improving the delimitation of the annual growth layers and allowing the quantification of anatomical variables together with microdensity profiles, fundamental for physiological studies of the trees. Thus, the relationship of wood properties with fluctuations in climate variables and cycles of carbon and water throughout the history of an inter-intranasal eucalyptus rotation became possible, indicating important new possibilities for the studies dendrochronology and forest sciences.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The family Rhamnaceae is little represented in Brazil and scarcely known with regard to its wood anatomical structure. It includes species with an extraordinary habit diversity and morphologic aspects with a tendency toward xeromorphism. The present study aims to investigate the wood anatomy, besides providing a morphologic descriptions of five native species: Colletia paradoxa (Sprengel) Escalante, Discaria americana Gillies et Hooker, Gouania ulmifolia Hooker et Arnott, Rhamnus sphaerosperma Swartz e Scutia buxifolia Reissek. Wood samples and used exsiccatae was gained in the wood collections and herbarium of the Forest Sciences Department, of the Federal University of Santa Maria, as well as of other herbaria in the state of Rio Grande do Sul and of own collection material. The terminology used in the botanical description followed Radford et al. (1974). The wood description followed the recommendations of Copant (1973), basically. Most part of the wood anatomical characteristics agrees with the common pattern in the family, including: non exclusively solitary pores; very short vascular elements, usually with short tails; only simple perforation plates; alternate intervessel pits, not vestured and with include openings; scarce paratracheal parenchyma, in non-stratefied series; heterogeneous type II rays, very numerous, non-stratified and non-exclusively uniseriate; and non-septate fibres, with simple pits in the walls. The presence of tails in vascular elements is reported for the first time to Rhamnaceae. The five studied species present enough anatomical particularities to its identification. The frequency and diameter of pores, as well as the vascular elements length, are apparently related to species growth habit. The predominant presence of specialized anatomical characteristics lend a developed character to the secondary xylem of the studied species. From the anatomical point of view, xeromorphic characteristics were also recognized in the wood. With regard to external morphology, it is not preferable the recognition of infra-specific categories in Rhamnus sphaerosperma Swartz, as proposed by Johnston (1978), due to overlapping of some morphologic characters used by the author, in order to separate its varieties. In Colletia paradoxa, in spite of the considerable variations in external branches morphology among some individuals, it is not recommended the recognition of different species, due to the similarity in reproductive structures. / A família Rhamnaceae é pouco representada no Brasil e escassamente conhecida no tocante à estrutura anatômica da madeira. Compreende espécies com extraordinária diversidade de hábito e aspectos morfológicos com tendência ao xeromorfismo. O presente estudo teve por objetivo investigar a anatomia do lenho, além de fornecer a descrição morfológica de cinco espécies nativas: Colletia paradoxa (Sprengel) Escalante, Discaria americana Gillies et Hooker, Gouania ulmifolia Hooker et Arnott, Rhamnus sphaerosperma Swartz e Scutia buxifolia Reissek. Foram utilizadas amostras de madeira e exsicatas provenientes de Xiloteca e Herbário do Departamento de Ciências Florestais da Universidade Federal de Santa Maria, bem como de outros herbários do Rio Grande do Sul e de coletas próprias. A terminologia usada na descrição botânica seguiu Radford et al. (1974). A descrição da madeira seguiu as recomendações da Copant (1973), basicamente. A maior parte das características anatômicas observadas concorda com o padrão típico da família: poros não exclusivamente solitários; elementos vasculares muito curtos, geralmente com apêndices curtos; placas de perfuração exclusivamente simples; pontoações intervasculares alternas, não ornamentadas e com abertura inclusa; parênquima paratraqueal escasso, em séries não estratificadas; raios heterogêneos tipo II, muito numerosos, não estratificados e não exclusivamente unisseriados; e fibras não septadas, providas de pontoações simples na parede. A presença de apêndices em elementos vasculares constitui novidade para as Rhamnaceae. As cinco espécies estudadas apresentam particularidades anatômicas suficientes para a sua identificação. A freqüência e diâmetro de poros, bem como o comprimento de elementos vasculares, estão aparentemente relacionados com o hábito de crescimento das espécies. A presença predominante de características anatômicas especializadas atribui um caráter evoluído ao xilema secundário das espécies estudadas. Do ponto de vista anatômico, foram também reconhecidas características xeromórficas no lenho. Com relação à morfologia externa, é preferível o não reconhecimento de categorias infra-específicas em Rhamnus sphaerosperma Swartz, como proposto por Johnston & Johnston (1978), devido à sobreposição de alguns caracteres morfológicos usados pelo autor, para separação das variedades. No caso de Colletia paradoxa, apesar das consideráveis variações observadas na morfologia externa dos ramos entre alguns indivíduos, não é recomendado o reconhecimento de espécies distintas, pela semelhança nas estruturas reprodutivas.

Teak tree (Tectona grandis L.f.) has a high value in the timber trade for fabrication of woody products due to its extraordinary qualities of color, density and durability. Despite the importance of this species, genetic and molecular studies available are limited. Also, the lack of molecular information about secondary xylem and tree maturation has hindered genetic exploration of teak. Therefore, gene expression studies and transcriptomic profiling are essential to explore wood formation and lignin biosynthesis through the development and aging of vascular plants. Aiming the gene expression studies, it was essential to identify and clone reference genes for teak. Eight genes were tested, commonly used in qRT-PCR, including TgRP60S, TgCAC, TgACT, TgHIS3, TgSAND, TgTUB, TgUBQ and TgEF1a. Expression profiles of these genes were evaluated by qRT-PCR in six tissue and organ samples (leaf, flower, seedling, root, stem and branch secondary xylem). Stability validation by NormFinder, BestKeeper, geNorm and Delta Ct programs showed that TgUBQ and TgEF1a are the most stable genes to use as qRT-PCR reference genes in teak in the conditions tested. Due to the availability of 12- and 60-year-old teak trees, RNA-seq was performed in diferent organs (seedlings, leaves, flowers, root, stem and branch secondary xylem). A total of 462,260 transcripts were obtained by assembling with \"Trinity\" software. Also, 1,502 and 931 genes differentially expressed were identified for stem and branch secondary xylem, respectively, using DESeq program, and MYB transcription factors, which were characterized. TgMYB1 amino acid sequence displayed a predicted coiled-coil (CC) motif while TgMYB2, TgMYB3 and TgMYB4 showed R2R3-MYB domain. All of them were phylogenetically grouped with several gymnosperms and flowering plants. High expression of TgMYB1 and TgMYB4 in lignified tissues of 60-year-old trees was observed. In this work, the Cinnamyl Alcohol Dehydrogenase (CAD) gene family was also studied. One complete (TgCAD1) and three partial (TgCAD2 to TgCAD4) members were characterized. The four enzymes presented residues for catalytic and structural zinc action, NADPH binding and substrate specificity, consistent with the mechanism of alcohol dehydrogenases. TgCAD3 and TgCAD4 were highly expressed in young and mature sapwood and seem to be duplicated and highly related with lignin biosynthesis. Tree genetic improvement, marker-assisted selection and plant transformation seem to be promising lines of research for the data obtained from this research. This is the first study addressing gene characterization and expression, phylogeny and transcriptomic profiling in teak. / A árvore de teca (Tectona grandis L.f.) tem alto valor no comércio de madeira para a fabricação de produtos lenhosos, devido às suas qualidades extraordinárias de cor, densidade e durabilidade. Apesar da importância desta espécie, são poucos os estudos genéticos e moleculares disponíveis. Também, a falta de informação molecular sobre xilema secundário e maturação da árvore tem dificultado a exploração genética de teca. Assim, estudos de expressão gênica e perfis transcricionais são relevantes para explorar a formação da madeira e a biossíntese de lignina durante o desenvolvimento e envelhecimento das plantas vasculares. Visando os estudos de expressão gênica, foi essencial identificar e clonar genes de referencia para a teca. Foram testados oito genes comumente usados em qRT-PCR, TgRP60S, TgCAC, TgACT, TgHIS3, TgSAND, TgTUB, TgUBQ e TgEF1a. Perfis de expressão destes genes foram avaliados por qRT-PCR em seis amostras de tecidos e órgãos (folhas, flores, plântulas, raiz, xilema secundário de caule e ramo). A validação da estabilidade pelos programas NormFinder, BestKeeper, geNorm e Delta CT mostrou que TgUBQ e TgEF1a são os genes mais estáveis para usar como genes de referência em teca nas condições testadas. Em virtude da disponibilidade de árvores de teca de diferentes idades, entre 12 e 60 anos, foi realizado o RNAseq de diferentes órgãos (plântulas, folhas, flores, raiz, ramos e caules de árvores de 12 e 60 anos). Obteve-se um total de 462.260 transcritos pela montagem com o software \"Trinity\". Foram identificados 1.502 e 931 genes diferencialmente expressos para xilema secundário de caule e ramo, respectivamente, utilizando o programa DESeq e fatores de transcrição MYB, que foram posteriormente caracterizados. A sequência de aminoácidos do TgMYB1 exibiu um motivo \"coiled-coil\" (CC), enquanto TgMYB2, TgMYB3 e TgMYB4 mostraram domínio R2R3-MYB. Todos eles foram filogeneticamente agrupados com várias gimnospermas e angiospermas. Observou-se alta expressão do TgMYB1 e TgMYB4 em tecidos lignificados de árvores de 60 anos de idade. Neste trabalho também foi estudada a família gênica Cinamil álcool desidrogenase (CAD). Foi caracterizado um membro completo (TgCAD1) e três parciais (TgCAD2 a TgCAD4). As quatro enzimas apresentaram resíduos de ação catalítica e estrutural de zinco, de ligação ao NADPH e de especificidade de substrato, em conformidade com o mecanismo conservado de álcool desidrogenases. TgCAD3 e TgCAD4 foram altamente expressos no alburno jovem e maduro e parecem estar duplicados e relacionados com a biossíntese de lignina. O melhoramento genético de árvores, a seleção assistida utilizando marcadores moleculares e a transformação de plantas parecem ser linhas promissoras de pesquisa, a partir dos dados obtidos nesta pesquisa. Este é o primeiro estudo sobre caracterização e expressão gênica, filogenia e perfis transcricionais em teca.

Os elementos celulares que constituem o tecido xilemático de várias espécies vegetais são amplamente utilizados em diversos setores industriais, com inúmeras aplicações, como por exemplo, a geração de energia e produção de celulose e papel. A parede celular das células vegetais é formada basicamente por celulose, hemiceluloses e lignina. A formação dos polímeros de celulose e hemicelulose dependem exclusivamente do suprimento de precursores chamados de nucleotídeos-açúcares, tais como UDP-glicose, UDP-glucuronato, UDP-xilose, UDP-arabinose, UDP-manose e UDP-galactose. A biossíntese da parede celular é altamente regulada do ponto de vista metabólico, e envolve a participação de várias enzimas que catalisam uma série de reações. Estratégias para alterar o fluxo metabólico destes precursores, podem originar modificações na deposição dos polissacarídeos na parede celular. Em particular, para o setor de celulose e papel tal estratégia pode resultar em fibras com determinadas características, melhorando a qualidade da polpa celulósica ou do papel produzido. O UDP-glucuronato é um dos principais precursores de polissacarídeos hemicelulósicos da parede celular, sendo formado a partir de UDP-glucose pela ação da enzima UDP-glicose desidrogenase (EC. 1.1.1.22). Esta enzima é chave na regulação da biossíntese das pentoses e hexoses da parede celular de plantas superiores. Com o objetivo de modular a síntese dos polissacarídeos hemicelulósicos na parede celular, o presente trabalho analisou o impacto da superexpressão do gene ugdh em plantas transgênicas de tabaco. Foram realizadas análises da composição química da parede celular primária e secundária de folhas e caules, bem como avaliações morfológicas das fibras do tecido xilemático, e também cortes histológicos da região basal do caule. Da parede secundária do tecido xilemático determinou-se o conteúdo de lignina klason e solúvel, bem como a concentração dos carboidratos via HPAE-PAD. No tecido xilemático, todas as plantas transgênicas apresentaram aumento do conteúdo de xilose, embora não significativo. Juntamente, ocorreu um aumento de arabinose significativo em três linhagens transgênicas. Paralelamente, todas as plantas transgênicas tiveram redução do conteúdo de lignina klason, embora significativo em apenas uma linhagem. A relação hexoses/pentoses reduziu em todas as linhagens transgênicas, sendo significativa em três linhagens. As análises histológicas do caule mostraram que os transformantes apresentaram um aumento do tecido xilemático em relação às plantas controles. As análises morfológicas das fibras mostraram que todas as plantas transgênicas apresentaram reduções significativas no comprimento, em relação às plantas controles. No tecido foliar, o conteúdo de polissacarídeos da parede celular primária apresentou uma redução significativa em todas as plantas transgênicas. / The cellular elements that constitute the xylematic tissue of various plant species are widely used in diverse industrial sectors, with numerous applications, for example, the generation of energy and production of cellulose and paper. Plant cell walls are basically formed by cellulose, hemicellulose and lignin. The formation of cellulose and hemicellulose polymers depend exclusively on the supply of the precursors called nucleotide sugars, such as UDPglucose, UDP-glucuronate, UPD-xylose, UDP-arabinose, UDP-mannose and UDP-galactose. The biosynthesis of the cell wall is highly regulated from the metabolic point of view and involves the participation of various enzymes that catalyse a series of reactions. Strategies to alter the metabolic flux of these precursors could give rise to modifications in the deposition of polysaccharides in the cell wall. In particular, for the cellulose and paper sector these strategies could result in fibers with determined characteristics, improving the quality of the cellulose pulp or the paper produced. UDP-glucuronate is one of the principal precursors of the hemicellulose polysaccharides of the cell wall, which is formed from UDP-glucose by the action of UDPglucose dehydrogenase (EC1.1.1.22). This is a key enzyme in the regulation of the biosynthesis of the pentoses and hexoses in the cell walls of higher plants. With the objective of modulating the synthesis of the hemicellulose polysaccharides in the cell wall, the present study analysed the impact of the superexpression of the ugdh gene in transgenic tobacco plants. Chemical analyses were performed to determine the chemical composition of the primary and secondary cell walls of leaves and stems, as well as morphological evaluations of the fibers of the xylematic tissue and histological cuts through the base of the stem. The Klason and soluble lignin content as well as the carbohydrate concentrations (using HPAE-PAD) were determined in the secondary cell walls of the xylematic tissue. All of the transgenic plants showed an increase in xylose content, albeit not significant. A significant increase in arabinose content was observed in three transgenic lines. In parallel all the transgenic plants presented a reduction in Klason lignin, but only significant in one line. The ratio hexose/pentose was reduced in all transgenic lines, being significant in three. Histological analyses on the stem showed that the transformants presented an increase in the xylematic tissue when compared to the controls. The morphological analyses of the fibers showed that all the transgenic plants presented significant reductions in length when compared to the controls. In the leaf tissue, the polysaccharide content of the primary cell wall showed a significant reduction in all of the transgenic plants.

A partir do sequenciamento do genoma da bactéria Xylella fastidiosa, agente causal da clorose variegada dos citros (CVC), estudos sobre os mecanismos de patogenicidade expressos durante a doença foram iniciados em projetos de genômica funcional, com o objetivo de confirmar a função das sequências gênicas identificadas no projeto Genoma de X. fastidiosa. Dentre esses mecanismos destacam-se as enzimas envolvidas no processo de ataque da bactéria. O presente trabalho teve como alvo de estudo a seqüência gênica denominada Xf-0818, clonada em Escherichia coli através da inserção em plasmídeo pET 28b(+), que presumivelmente codifica uma celulase de cerca de 60 kDa, possivelmente envolvida na degradação de fibras de celulose presentes nas membranas dos vasos pontuados do xilema de plantas de citros. A degradação desta membrana permitiria a movimentação de células bacterianas entre os vasos do xilema, o que é determinante para o desenvolvimento dos sintomas da CVC. A proteína foi superexpressada em E. coli por meio de indução com lactose e purificada através de ultrafiltração associada à cromatografia de afinidade a metal. A enzima apresentou alta atividade sobre a celulose carboximetilada 1%, avaliada através da quantificação de açúcares redutores. A obtenção de anticorpos foi realizada mediante injeção da enzima purificada em camundongos, os quais foram avaliados através de ELISA. A atividade da enzima sobre celulose carboximetilada foi reduzida após prévia incubação com os anticorpos. Esses anticorpos representam uma poderosa ferramenta em pesquisas visando à identificação das condições que favoreçam a expressão desta enzima “in vivo”. A presença de partículas de ouro coloidal em seções de tecido provenientes de plantas infectadas com X. fastidiosa indica a atuação da celulase durante a infecção, porém fazse necessária a confirmação do papel da proteína Xf-0818, através de novas análises com imunolocalização, além de estudos utilizando linhagens mutantes de X. fastidiosa para o gene que codifica esta celulase. / From the genome sequencing of the bacteria Xylella fastidiosa, the agent responsible for the citrus variegated chlorosis (CVC), studies on the pathogenicity mechanisms expressed during the occurrence of the disease were started in genomic function projects, aiming to confirm the function of the genic sequences identified in the project X. fastidiosa Genome. Among these mechanisms, the enzymes involved in the bacterium attaching process are highlighted. The present study had, as a goal, the orf denominated Xf-0818, cloned in Escherichia coli by means of the insertion into pET 28b(+) plasmid, which codifies a cellulase of a size nearly 60 kDa, possibly involved in the degradation of cellulose fibers present in the membranes of the xylem vessels of citrus plants. The degradation of this membrane would allow for the movement of bacterial cells among the xylem vessels, which would be important for the development of CVC symptoms. The enzyme was over expressed into E. coli by means of their induction using lactose and purified using ultra-filtration associated to metal affinity chromatography. The enzyme presented high activity over 1%-carboximethyl cellulose (CMC), which was evaluated through quantification of released reduced sugars. The antibodies were obtained by injection of the purified enzyme into mice, which were evaluated by using the ELISA. The enzyme activity over CMC was reduced after previous incubation with the antibodies. These antibodies represent a tool for the researches aiming the identification of conditions that favor the expression of this enzyme in vivo. The presence of gold particles on the citrus diseased tissue samples indicate the participation of this cellulase on the disease, but other studies using immunocytochemistry and mutants of X. fastidiosa are necessary to confirm this hypothesis.

Apenas muito recentemente estratégias genômicas e pós-genômicas têm sido utilizadas em estudos de espécies arbóreas importantes na silvicultura. Nos países tropicais, a exemplo do Brasil, as espécies de eucalipto são especialmente importantes nos plantios comerciais principalmente destinados à indústria de papel e celulose. O eucalipto é caracterizado por elevadas taxas de crescimento e alta adaptabilidade resultante da interação de mecanismos moleculares e processos metabólicos ainda pouco conhecidos. Nesse sentido, o presente trabalho teve como objetivo principal o estabelecimento de perfis transcricionais comparativos para folhas e para o xilema em formação de árvores de Eucalyptus grandis. grandis. O uso do método SAGE permitiu analisar 5864 genes dos quais 2247 (38%) puderam ser identificados. Foram encontrados 464 genes diferencialmente expressos, sendo 47 exclusivamente expressos na região cambial e 64 nas folhas. Além disso, as estratégias adotadas na identificação tags-genes permitiram que as SAGE tags fossem eficientemente utilizadas na diferenciação de isoformas gênicas tecido-específicas e de localização celular específica. Genes relacionados à fotossíntese, fotorrespiração e destoxificação celular foram preferencialmente encontrados na biblioteca SAGE de folhas, enquanto genes relacionados à síntese da parede celular, organização do citoesqueleto e respiração, foram preferencialmente expressos na biblioteca SAGE de madeira. Os níveis de expressão dos transcritos sugeriram a ocorrência de possíveis mecanismos de controle transcricional comum para grupos de genes funcionalmente relacionados e foram também utilizados para sugestão de genes e processos que representam alvos potenciais para o melhoramento do eucalipto. / Recently genomic and post-genomic strategies have been used to study important tree species in planted forests. In the tropical countries, like Brazil, Eucalyptus species are especially important in commercial plantations destined for the paper and cellulose industry. Eucalyptus species are characterized by their high growth rates and great adaptability resulting from the interaction between molecular mechanisms and metabolic processes that are still uncharacterized. Thus, the main goal of this work was the comparison of the transcriptional profiles from leaves and the cambial region of Eucalyptus grandis trees. The use of SAGE allowed the evaluation of 5864 expressed tags of which 2247 (38%) could be identified. 464 differentially expressed tags were indicated, of which 47 were exclusively expressed in the cambial region library and 64 in the leaf library. Furthermore, the strategies used in the tag mapping process allowed an efficient use of the SAGE tags to distinguish gene isoforms with tissue-specific and/or specific cell localizations. Genes related to photosynthesis, photorespiration and cellular detoxification were preferentially found in the SAGE leaf library, while genes involved in cell wall biosynthesis, cytoskeletal organization and respiration were preferentially expressed in the developing xylem. Transcript expression levels suggested the presence of a common transcriptional control for a few functionally related genes, for example, some lignin related genes. Importantly, transcript expression levels were also used for the identification of target genes and processes potentially useful in future Eucalyptus breeding programs.

Made available in DSpace on 2014-08-20T14:22:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_Juliana_Bertolino_da_Silva.pdf: 1325915 bytes, checksum: 5a59f93f8251d05ad711ff077e0b637a (MD5) Previous issue date: 2009-09-30 / A major limitation to the expansion of the pear culture cultivated under mild winter, as South of Brazil, is the cultivar adaptation. During the winter, the temperature fluctuation and low accumulation of cold have been reported by some authors as cause of floral button abortion. Moreover, the pear fruit satisfactorily when well managed, being the pruning and girdling one of the main fruiting techniques. This work aimed to evaluate the responses by pear cultivars to different cultural practices in order to increase the fruit an production and to evaluate the development of xylem vessels during dormancy. The work was carried out in two stages: the first in Brazil at the Federal University of Pelotas and the second in Italy, Faculty of Agriculture, in Pisa. In Garber cultivar, the treatments were: 1- control 2- short summer pruning 3- arching of branches and long summer pruning and 4 arching of branches in the winter, 5 - winter pruning; 6 girdling of branches, 7 Promalin ® and 8 - Biozyme * TF. For the cultivars Shinseiki and Housui, the treatments were: 1 - control, 2 - trunk girdling in April 3 - ringing branches in April. To Kousui, the treatments were: 1 trunk girdling, 2 - branch girdling + pruning 3- pruning, 4- branch girdling 5-control. For the Conference, the healthy and intact branches of plants were marked and followed during the dormancy period, the continuity of vascular bundles between the branches and the buds were observed in the stereomicroscope and the histological evaluations were observed under a fluorescence microscope. All cultivars responded to the blinding technique. For the Garber the effective fruit is influenced by the treatments when assessed in different fruiting bodies. The fruiting body which showed the highest rates of fruit were brindila coronada and bourse. For the Shinseiki cv, the trunk girdling increased the effective fruiting and the production per trunk area. In the cultivar Housui, the branches girdling increased the fruiting but not the production. In the cultivar Kousui the treatments with blinding increased the effective fruiting, the maturation was anticipated and increased the soluble solid content. In the cultivar Conference, through the vascular connections, it can establish stages of dormancy during the bud flowers evolution, as well as to establish that 1,000 chilling hours are needed to overcome endodormancy. / Os problemas de adaptação da pereira, no sul do Brasil, relacionam-se ao abortamento floral e a frutificação. O objetivo do trabalho foi avaliar a resposta de algumas cultivares a diferentes tratos culturais e a evolução dos vasos do xilema a fim de aumentar a frutificação. A tese apresenta quatro capítulos, sendo que os três primeiros foram desenvolvidos no Brasil, no período de 2006 a 2008, na Universidade Federal de Pelotas, nas cultivares Garber, Shinseiki, Housui e Kousui. O quarto capítulo foi desenvolvido na Itália, na Faculdade de Agrárias, em Pisa, no período de 2008 a 2009. O primeiro capítulo constou na realização de pesquisa com a cv. Garber para avaliar a fixação de frutas em diferentes órgãos de frutificação em função dos quadrantes, onde foram realizados tratamento de poda, anelamento, arqueamento e uso de fitorreguladores. O segundo capitulo consta na avaliação do anelamento de tronco e ramos na frutificação efetiva, no crescimento e produção de frutas, nas cv. Shinseiki e Housui. O terceiro capitulo visou avaliar o efeito do anelamento e poda na frutificação efetiva, no crescimento e produção de pêra na cv. Kousui. O quarto capitulo constou da avaliação da conexão vascular do xilema, durante a fase de repouso, em condições naturais, na cv. Conference. Os principais resultados foram: todas as cultivares responderam à técnica do anelamento. Para a cv. Garber a frutificação efetiva foi influenciada pelos tratamentos quando avaliada nos diferentes órgãos de frutificação. O órgão de frutificação que apresentou maiores índices de frutificação efetiva foram brindila coronada e bolsa. Na cultivar Shinseiki o anelamento de tronco e de ramo, realizados no outono, aumentaram a frutificação efetiva e a produção por área de tronco, mas não a produção. Na cultivar Housui, o anelamento de ramos aumenta a frutificação efetiva, mas não a produção. Na cultivar Kousui os tratamentos realizados com anelamento aumentaram a frutificação efetiva, anteciparam a maturação das frutas e o teor de sólidos solúveis totais. Na cultivar Conference, através das conexões vasculares, pode-se estabelecer as fases da dormência durante a evolução das gemas florais, assim como estabelecer que cerca de 1000 horas de frio são necessárias para a superação da endodormência.

A dendrocronologia constitui-se no estudo dos anéis de crescimento e sua sequencia cronológica, que pode trazer importantes informações a respeito do crescimento dos vegetais lenhosos e seu ambiente. No presente trabalho foram analisados os anéis de crescimento de Podocarpus lambertii em uma população situada em sua zona limite de distribuição, no município de Morro do Chapéu, estado da Bahia. O local apresenta condições diferenciadas, sendo uma elevação em meio a caatinga com afloramentos rochosos que formam estreitos corredores onde os exemplares da espécie se distribuem. Através da dendrocronologia foi construída uma cronologia de 73 anos com 19 indivíduos e 43 raios da população, comprovando a anualidade dos anéis da espécie e sua capacidade de intercorrelação e boa sensitividade, embora a presença de anéis confluentes e falsos tenha ocasionado dificuldades na datação. Essa cronologia é a primeira realizada com P. lambertii. Os resultados mostraram um lento desenvolvimento da espécie no local, como no exemplo de um indivíduo de apenas 12 cm de diâmetro de tronco e 104 anos de idade. Com relação ao clima, os anéis apresentaram grande influência deste fator, com o crescimento sendo negativamente influenciado pela temperatura e precipitação na estação de crescimento (novembro a abril) e positivamente pela insolação. Na avaliação das reservas presentes no xilema de P. lambertii, os resultados mostraram uma distribuição aparentemente homogênea por todo o lenho, não permitindo relacioná-las diretamente com a formação dos anéis de crescimento, sugerindo grande capacidade de acúmulo de reservas pela árvore. A análise da condução de seiva pelo xilema ativo permitiu identificar que os anéis de crescimento mais jovens (próximos ao câmbio) são os maiores responsáveis pela condução, em um possível alburno, já que esta diferenciação não é obtida visualmente. / The Dendrochronology is the science that studies of annual growth rings present in the xylem. It allows to access information stored during the life tree. One of its basic requirements is the annual nature of growth ring formation, a feature usually present in conifers. In Brazil there are two genus of conifers, Araucaria and Podocarpus, but just the first was studied dendrochronology. Podocarpus lambertii, target species of this study was analyzed in a growing population living at Morro do Chapeu, Bahia State, Brazil, located at the Northern limit of species distribution. A total of 19 individuals were sampled, they were polished and this growth rings were measured. Missing and confluent rings difficulted to determine precise ages but after dendrochronological analysis it was possible to built good chronology, with significative intercorrelation and sensivity. A series of 73 years (1935-2008), confirmed the annual nature of growth rings of this species by dendrochronology. The history of local weather informations was compared with the chronology and allowed a good understanding the species growth, which respond negatively to higher temperatures (December and January) and also negatively to higher solar radiation (January), that suggests that heatstroke is an important point of activation and formation of the ring\'s growth.