Made available in DSpace on 2014-08-20T13:59:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_fatima_rosane_klein.pdf: 1108729 bytes, checksum: f7f58ac213a22aa01320b606d8028f60 (MD5) Previous issue date: 2014-02-21 / The knowledge about ultraviolet (UV) effects in medicinal plants is still limited when compared with what is already known about other environmental factors. To investigate this issue we carried out two experiments: the first aimed to study the production of betalains, total flavonoid, and antioxidant activity in plants of Alternanthera sessilis, Alternanthera brasiliana, Alternanthera tenella, and Alternanthera philoxeroides, which were exposed to UV-B radiation (280-315 nm) for different periods; the second performed the same analyses, adding the investigation of the antioxidant enzymes in A. sessilis, A. brasiliana, and A. philoxeroides, submitted to UV-C (100-280 nm) for different periods of exposure. In the first experiment, the plants grown for 50 days in greenhouse were exposed to different UV-B irradiation periods (0, 2, 4, 6, and 8 hours). The collections were conducted in two periods, immediately after each exposure time (0h) and after 24 hours, to view a possible recovery. During the period inside the greenhouse, the plants remained under natural light. The experimental design was completely randomized, in 4 x 5 x 2 factorial scheme with five replicates by treatment, each one represented by a plant. Among the species studied, A. sessilis showed higher levels of total betacyanins, betaxanthin, flavonoids, and greater antioxidant capacity compared to other species throughout the period of exposure to radiation. We observed that in the species A. sessilis and A. brasiliana the recovery time favored an increase in the production of these compounds. The species A. tenella and A. philoxeroides showed no increase in the production of their metabolites, after UV-B radiation exposure. A randomized experiment in factorial design 3 x 5 was conducted to analyze the effects of UV-C radiation with three species A. sessilis, A. brasiliana, and A. philoxeroides for times intervals of 0, 5, 10, 15, and 20 min, with five replicates for treatment. A. sessilis showed a higher increase in metabolites under UV-C radiation between 10 and 12 minutes of exposure; in A. brasiliana it was observed after 16 minutes of exposure. The species A. philoxeroides showed no increase in its content after irradiation, remaining equal to control. For the activity of the enzyme superoxide dismutase (SOD), the species showed no significantly differences, but for catalase (CAT) and ascorbate peroxidase (APX) showed greater activity. An increase in malondialdehyde (MDA) content under UV-C radiation was viewed in A. philoxeroides and A. sessilis. In this experiment it was observed that both radiations caused changes in the content of total betacyanins, betaxanthin, and flavonoids in the species A. sessilis and A. brasiliana, and UV-C radiation changed enzymatic activity only in the species A. philoxeroides. These changes depend on the time exposure to radiation and the defense mechanisms triggered. / Ainda é limitado o conhecimento dos efeitos da radiação ultravioleta (UV) em plantas medicinais quando comparados com o que já se conhece sobre outros fatores ambientais. Para investigar essas foram realizados dois experimentos: o primeiro com o objetivo de estudar a produção de betalaínas, flavonoides totais e atividade antioxidante em plantas de Alternanthera sessilis, Alternanthera brasiliana, Alternanthera tenella e Alternanthera philoxeroides expostas por diferentes períodos à radiação UV-B (280-315 nm) e, no segundo foram realizadas as mesmas análises, sendo, nesse caso investigada também a resposta de enzimas antioxidantes em A. sessilis, A. brasiliana e A. philoxeroides submetidas a diferentes tempos de exposição à UV-C (100-280 nm). No primeiro experimento, plantas cultivadas há 50 dias em casa de vegetação foram expostas a diferentes tempos de radiação UV-B (0, 2, 4, 6 e 8 horas). As coletas foram realizadas em dois períodos, imediatamente após cada tempo de exposição (0h) e após 24h dos mesmos, para visualizar uma possível recuperação. Até a realização da segunda coleta as plantas permaneceram sob iluminação natural, em casa de vegetação. O delineamento experimental foi inteiramente ao acaso em esquema fatorial 4 x 5 x 2 com 5 repetições por tratamento, sendo cada uma representada por uma planta. Dentre as espécies em estudo, A. sessilis foi a que apresentou maior teor de betacianinas totais, betaxantina, flavonoides e maior poder antioxidante quando comparada com as demais espécies em todos os tempos de exposição à radiação. Nas espécies A. sessilis e A. brasiliana foi observado que o tempo de recuperação favoreceu o aumento da produção desses compostos. As espécies A. tenella e A. philoxeroides não apresentaram incremento nos seus metabólitos após exposição à radiação UV-B. Para analisar os efeitos da radiação UV-C foi delineado um experimento inteiramente ao acaso em esquema fatorial 3 x 5, com três espécies (A. sessilis, A. brasiliana e A. philoxeroides) em cinco tempos de radiação (0, 5, 10, 15 e 20 min), com cinco repetições por tratamento. Os resultados dos metabólitos estudados diante da radiação UV-C demonstraram que houve maior incremento destes compostos em A. sessilis, entre 10 e 12 minutos de exposição e em A. brasiliana após 16 minutos de exposição. A espécie A. philoxeroides não apresentou incremento do seu conteúdo depois de irradiadas mantendo-se iguais ao controle. Para a atividade da enzima SOD (Superóxido dismutase), as espécies não apresentaram diferenças significativas enquanto para CAT (Catalase) e APX (Ascorbato peroxidase), A. philoxeroides mostrou maior atividade. Aumento do conteúdo de MDA (malondialdeído) foi verificado em A. philoxeroides e A. sessilis diante da radiação UV-C. Nas condições deste experimento observou-se que ambas as radiações promovem mudanças no conteúdo de betacianinas totais, betaxantinas, e flavonoides nas espécies A. sessilis e A. brasiliana e que a radiação UV-C altera a atividade enzimática somente na espécie A. philoxeroides.Estas mudanças dependem do tempo de exposição e dos mecanismos de defesa acionados diante das radiações.

Made available in DSpace on 2014-08-20T13:59:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_cristina_huther.pdf: 966830 bytes, checksum: 5ef15a4c44099ced96bf589355808571 (MD5) Previous issue date: 2014-03-28 / The objectives of this study were: a. to compare growth and yield components of Micro-Tom tomato plants with wild plants and transformed plants for different levels of MT-sHSP23.6 expression (mitochondrial small heat shock proteins); b. to verify damages caused by UV-C application to photosynthetic activity, in the vegetative and reproductive stages, with the same genotypes previously described; c. to compare the effects of water deficit on photosynthetic activity in Micro-Tom tomato plants with the genotypes reported, in the period of floral induction. The first experiment was carried out in growth chambers, under controlled conditions. The analyses were performed at regular time intervals of 21 days. Collections started on 21st day after the transplant, a total of six collections. Leaf area, dry weight of the plants parts, and the number of green and red fruits were determined. From the results obtained we verified that the genetic transformation of this variety did not interfere significantly with these plants growth. In the second experiment that aimed to evaluate the effect of application of UV-C radiation, two trials were performed; the plants were grown in a green house, under controlled temperature and humidity. In the first trial the application of UV-C radiation was performed only once, when the plants were in vegetative stage. In the second trial the plants were exposed to two doses of UV-C radiation, with an interval of ten days, the application began when the plants were starting the reproductive stage. The application lasted two minutes with a dose of 0,5kJ.m-2. Chlorophyll index, chlorophyll a fluorescence, and gas exchanges were evaluated. At the first trial, the evaluations were performed at 16, 64, 168, and 336 hours after the application of the radiation, and in the second trial at 16, 64, and at 168 hours after first application, with the same interval after the second application of radiation. From the results we observed that the genotypes showed different behaviors in relation to the data of transient fluorescence. However, the net assimilation rate was more affected in the transformed genotypes, with greater intensity in the second trial, especially after the second application. We noticed that in both trials genetic transformation did not contributed significantly to provide better performance under these experimental conditions. In the third trial the plants were grown in a growth chamber. Fortyfour days after sowing, in floral induction period, they were submitted to water deficit for five days. Chlorophyll index, chlorophyll a fluorescence, and gas exchanges were evaluated, and at the end of the experiment we made simultaneous analysis of fluorescence decrease, modulated reflection at 820 nm, proline content in the foliar area, and dry matter of plant parts. We could verify that genotype with over-expression of MT-sHSP23.6 was more efficient than the other genotypes in photochemical reactions, allowing that water deficit data were smaller, however it was not possible to identify the relation of the over-expression of these proteins with the parameters of gas exchange. / Este trabalho teve por objetivo: a) comparar o crescimento e componentes de produção de plantas de tomateiro Micro-Tom , com plantas selvagem e plantas transformadas para diferentes níveis de expressão da MT-sHSP23.6 (mitochondrial small heat shock proteins); b) verificar as injúrias causadas pela aplicação UV-C, na atividade fotossintética, no estádio vegetativo e reprodutivo, com os mesmos genótipos descritos anteriormente; c) comparar os efeitos que o déficit hídrico apresenta sobre a atividade fotossintética em plantas de tomate Micro-Tom , no período de indução floral, nos mesmos genótipos relatados. O primeiro experimento foi conduzido em câmaras de crescimento, sob condições controladas. As análises foram realizadas com intervalos regulares de tempo de 21 dias, iniciando as coletas no 21º dia após o transplante e ao total foram realizadas seis coletas. Foram determinadas: área foliar, massa seca das partes das plantas e o número de frutos verdes e vermelhos. Através dos resultados obtidos verificou-se que a transformação genética desta variedade não interferiu de maneira significativano crescimento destas plantas. No segundo experimento, que apresentou objetivo de avaliar o efeito da aplicação da radiação UV-C, foram realizados dois ensaios, sendo queas plantas foram cultivadas em casa de vegetação, com temperatura e umidade controlada. No primeiro ensaio, a aplicação da radiação UV-C foi realizadaapenas uma só vez quando as plantas estavam no estádio vegetativo. No segundo ensaio as plantas foram submetidas a duas doses de radiação UV-C, com intervalo de 10 dias, iniciando a aplicação quando as plantas estavam em inicio de estádio reprodutivo. Aaplicação durou 2 minutos com uma dose de 0,5 kJ.m-2. Foram avaliados: índice de clorofila, fluorescência da clorofila a e trocas gasosas. No primeiro ensaio as avaliações foram realizadas após 16, 64, 168 e 336 horas após a aplicação da radiação, e no segundo as 16, 64 e 168 horas após a primeira aplicação e com o mesmo intervalo após a segunda aplicação da radiação. Por intermédio dos resultados observou-se os genótipos apresentaram comportamentos distintos em relação os dados da fluorescência transiente. Contudo a taxa assimilatória líquida foi mais afetada nos genótipos transformados e com maior intensidade no segundo ensaio, principalmente após a segunda aplicação da radiação UV-C. Dessa forma verificou-se que em ambos os ensaios, a transformação genética não contribuiu de maneira significativa para proporcionar melhor desempenho nessas condições experimentais. No terceiro experimento as plantas foram cultivadas em câmara de crescimento. Quando estas estavam com 44 dias após a semeadura, no período de indução floral, as mesmas foram submetidas ao déficit hídrico por cinco dias. Foram avaliados: índice de clorofila, fluorescência da clorofila a e trocas gasosas e ao final do experimento foram realizadas análises simultâneas da decaída da fluorescência, reflexão modulada a820nm, teor de prolina nas folhas área foliar e massa seca das partes das plantas. Pode-se verificar que o genótipo com superexpressão da MT-sHSP23.6 foi mais eficiente que os demais genótipos nas reações fotoquímicas, permitindo que os dados do déficit hídrico fossem menores, contudo não foi possível evidenciar relação da superexpressão dessa proteína com os parâmetros das trocas gasosas.

Made available in DSpace on 2014-08-20T14:06:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_rodrigo_danielowski.pdf: 1497530 bytes, checksum: fb08b2775f06eaa51226b61c30eb11ec (MD5) Previous issue date: 2013-08-23 / Rice (Oryza sativa. L) is the second most produced cereal worldwide. Soil salinity is one of the most severe abiotic stresses for various crop species. Currently, 6% of arable land on the planet have a limitation due to salinity levels in the soil, it is estimated that by the year 2050, 50% of agricultural soils present limitations due to soil salinity. Rice is one of the crops most sensitive to soil salinity, reductions in productivity are observed at levels of electrical conductivity of 3.0 dS m-1. The hydroponic growing systems are being increasingly used in scientific studies, and a major advantage of this technique is the control of the studied factors and homogeneity of the environment. This study aimed to evaluate genotypes of rice germplasm bank of EMBRAPA temperate in two hydroponic growing systems effecting the correlation of the results obtained in the two systems. The one experiment was conducted in a greenhouse and the second in a room with controlled temperature and photoperiod. The nutrient solution used in the experiments was YOSHIDA et al. (1976) with some adaptations, and salinity levels used were 0, 30, 60 and 90 mM NaCl. The correlation study was conducted with 24 genotypes evaluated in two experiments, adopting also only 0, 30 and 60 mM as dose factors. The two cultivation environments provided genotype variation of the response as a function of NaCl concentration levels. The cropping system in a controlled environment at the level of 90 mM caused the death of almost all plants. The correlation study revealed no association between the two culture environments, should be made a further study in field conditions to validate and compare the efficiency of the methods. / O arroz (Oryza sativa .L) é o segundo cereal mais produzido no mundo. A salinidade dos solos é um dos estresses abióticos mais severos para diversas espécies cultivadas. Atualmente 6 % das áreas agricultáveis do planeta apresentam limitação devido aos níveis de salinidade presentes no solo, estima-se que até o ano de 2050, 50% dos solos agricultáveis apresentem limitações devido a salinidade dos solos. O arroz é uma das culturas mais sensíveis a salinidade dos solos, reduções na produtividade são observados em níveis de condutividade elétrica de 3,0 dS m-1. Os sistemas de cultivo hidropônico vem sendo cada vez mais utilizados em estudos científicos, sendo que uma das principais vantagem desta técnica, é o controle dos fatores estudados e a homogeneidade do ambiente. O presente trabalho teve como objetivo avaliar genótipos de arroz do banco de germoplasma da EMBRAPA clima temperado, em dois sistemas de cultivo hidropônico efetuando-se a correlação dos resultados obtidos nos dois sistemas. O experimento um foi conduzido em casa de vegetação e o segundo em ambiente com controle de fotoperíodo e temperatura. A solução nutritiva utilizada nos experimentos foi YOSHIDA et al. (1976) com algumas adaptações, e os níveis de salinidade empregados foram de 0, 30, 60 e 90 mM de NaCl. O estudo das correlações dos resultados foi realizado com os 24 genótipos que foram avaliados nos dois experimentos, adotando-se também apenas os nível de 0, 30 e 60 mM do fator dose. Os dois ambientes de cultivo proporcionaram variação da resposta dos genótipos em função dos níveis da concentração de NaCl. O sistema de cultivo em ambiente controlado no nível de 90 mM causou a morte de quase todas as plantas. O estudo da correlação não revelou associação entre os dois ambientes de cultivo, devendo-se realizar um próximo estudo em condições de campo para validar e comparar a eficiência dos métodos.

The total annual forage production of tropical grasslands in the Brazilian Central area is expected to increase, however, some studies also predict a higher variability of forage production between and within years. In the future, maintenance of many pastures áreas will probably depend on the use of technology and increased productivity, seeking a competitive advantage concerning other activities, or even on its relocation to marginal áreas where forage grasses will be more suitable to abiotic factors. The water stress, both by flooding and drought, may reduce the production and survival of grasses. The objective was to identify the strategies that some genotypes of Paspalum and Urochloa genus use to cope with the flooding and/or water deficiency in the soil. Two greenhouse experiments were conducted: 1 - morphological and physiological characteristics, survival rate and recovery index in five genotypes of Paspalum sp. (BRS Guará, BGP 289, BGP 293, BGP 402 and BGP 397) and U. brizantha cv. Marandu were evaluated under three water conditions (flooded, drought and control); 2 - dehydration tolerance and dehydration avoidance of three cultivars of Urochoa (\'Marandu\', \'BRS Paiaguás\' and \'Basilisk\') and a cultivar Mediterranean Dactylis glomerata L. cv. Medly. In experiment 1, the genotypes of Paspalum sp., especially BGP 289, BGP 402, BGP 397 and cv. Marandu previously submitted water déficit, presented high tiller survival rates after rehydration. The cv. Marandu and BGP 289 access were not tolerant to flooding, presenting a low tiller survival rate and root recovery index. The BGP 293 access was not resistant to flooding, but it was able to survive periods up to 28 days under water depth. The accesses of Paspalum BRS Guará, BGP 402 and BGP 397 presented resistance mechanisms and survival to flooding, related to a high concentration of chlorophyll in the leaf, leaf biomass, and root recovery and tiller survival after a recovery period under water regular condition. In experiment 2, the distinction of cultivars was in accordance with the resource-use strategy. Cultivars of Urochloa were less tolerant to dehydration than cv. Medly. But the most productive Urochloa cultivars (Marandu and Basilisk) further delayed dehydration due to high investment in the root system, and consequently were less dehydration tolerant, with less survival rates under severe drought. The cv. BRS Paiaguás was less productive under regular irrigation than other Urochloa cultivars, but under drought conditions it is closer to the cv. Medly, being highly dehydration tolerant, and presenting high survival rates under severe drought and dehydration avoidance strategies with roots elongation along the soil profile during the drought period. There are differences in responses to other deficit and flooding between and within the Paspalum and Urochloa genus morphophysiological traits used in this study are relevant for the understanding of the mechanisms and discrimination among genotypes. / A partir de predições de futuros impactos climáticos, é esperado um aumento na produção anual total de forragem tropical, contudo estudos também predizem aumento da variação da produção entre e dentro dos anos. Diante desses cenários, é imprescindível buscar vantagens competitivas e o conhecimento do grau de tolerância a estresse abióticos de gramíneas tropicais. O estresses hídrico, tanto por excesso quanto por deficiência, pode reduzir a produção e a sobrevivência da planta forrageira. Assim, objetivou-se identificar as estratégias que alguns genótipos do gênero Paspalum e Urochloa utilizam para lidar com o encharcamento e/ou com a deficiência hídrica no solo. Foram conduzidos dois experimentos em casa-de-vegetação: 1 - avaliou-se características morfofisiológicas, taxa de sobrevivência e índice de recuperação em cinco genótipos de Paspalum sp. (BRS Guará, BGP 289, BGP 293, BGP 402 e BGP 397) e U. brizantha cv. Marandu sob três condições hídricas (alagado, déficit e controle), em vasos pequenos; 2 - mensurou-se em pequenos vasos a tolerância a desidratação e em longos tubos o atraso a desidratação de três cultivares de Urochoa (\'Marandu\', \'BRS Paiaguás\' e \'Basilisk\') e uma cultivar mediterrânea de Dactylis glomerata L. cv. Medly, submetidos a condições sem limitação hídrica e posteriormente sob seca prolongada. Sob déficit hídrico, os genótipos de Paspalum sp., especialmente o BGP 289, o BGP 402 e o BGP 397, e a cv. Marandu, apresentaram altas taxas de sobrevivência de perfilhos após reidratação. A cv. Marandu e o acesso BGP 289 não são tolerantes ao alagamento, apresentaram baixas taxas de sobrevivência e de recuperação radicular. O acesso BGP 293 não é resistente ao alagamento, porém é capaz de sobreviver a períodos de até 28 dias sob lâmina d\'água. Os acessos de Paspalum BRS Guará, BGP 402 e BGP 397 apresentam mecanismos de resistência e sobrevivência ao alagamento, relacionados à alta concentração de clorofila na folha, de biomassa de folhas, e de recuperação radicular e sobrevivência de perfilhos após período de recuperação sob condição hídrica regular. No experimento 2, a distinção dos cultivares foi de acordo com a estratégia de uso dos recursos. Cultivares de Urochloa são menos tolerantes a desidratação que a cv. Medly. Mas as cultivares de Urochloa mais produtivas (Marandu e Basilisk) atrasaram mais a desidratação, devido ao alto investimento no sistema radicular, e consequentemente foram menos tolerantes a desidratação, com memores taxas de sobrevivência sob seca severa. A cv. BRS Paiaguás é menos produtiva sob irrigação regular em comparação as outras cultivares de Urochloa, mas sob seca aproximou-se mais da cv. Medly, mostrando-se altamente tolerante a desidratação, com altas taxas de sobrevivência sob seca severa, além de apresentar estratégia de atraso a desidratação com o alongamento de raízes ao longo do perfil do solo durante a seca. Existem diferenças entre e dentro de espécies dos gêneros Paspalum e Urochloa em relação as respostas sob duas formas de estresse hídrico. As caraterísticas morfofisiológicas utilizadas neste estudo auxiliaram na compreensão dos mecanismos de resposta ao estresse hídrico e na discriminação dos genótipos.

RESUMEN La hipusinación es una modificación post-traduccional dependiente de espermidina que activa al factor de traducción eIF5A, y que es esencial en todos los eucariotas. En los últimos años se ha sugerido un importante papel para eIF5A en los procesos de senescencia y respuesta a estrés ambiental en plantas, en el establecimiento de la polaridad celular en levadura y su implicación en enfermedades tales como diabetes, VIH-1 o cáncer en humanos. Con el objetivo de caracterizar a nivel molecular la actividad biológica de eIF5A en plantas, hemos establecido una metodología basada en técnicas bioquímicas e inmunológicas para determinar el patrón de hipusinación de eIF5A en A. thaliana. La puesta a punto de esta metodología nos ha permitido demostrar que el tratamiento con ácido abscísico inhibe la activación por hipusinación de la isoforma eIF5A1. Además, para tratar de estudiar la función de eIF5A durante el desarrollo de A. thaliana, hemos realizado estudios funcionales basados en la caracterización de plantas transgénicas capaces de desactivar genéticamente la ruta dependiente de eIF5A mediante ARN de interferencia, condicionado a la aplicación de dexametasona. La desactivación condicional de la enzima de hipusinación desoxihipusina sintasa, produjo alteraciones durante el desarrollo y en respuesta a condiciones adversas de crecimiento, tales como floración temprana, inhibición del crecimiento de la raíz, alteraciones en los pelos radiculares, ramificación exacerbada del tallo, presencia de elementos traqueales completamente lignificados en hipocotilos, niveles reducidos de óxido nítrico e hipersensibilidad al ácido abscísico, sal y glucosa. Recientemente se ha demostrado que eIF5A es necesario para la traducción de proteínas con más de 3 prolinas sucesivas en su secuencia. El análisis de ontología realizado reveló un enriquecimiento de proteínas con poli-prolinas entre las implicadas en la organización del citoesqueleto de actina. La alteración de la actividad de eIF5A provocó defectos en la estructuración de los filamentos de actina en A. thaliana, S. cerevisiae y H. sapiens. El estudio de mutantes termosensibles de levadura demostró el requerimiento de eIF5A durante el proceso de reproducción sexual a través de la traducción de la formina Bni1. Los experimentos de regulación traduccional en células HeLa demostraron que el silenciamiento vía ARN de interferencia de eIF5A1 provocaba un defecto en la tasa de traducción de la formina FMNL1 y la proteína ezrina. Estos resultados confirman que la actividad esencial de eIF5A en el ribosoma parece conservada en organismos eucariotas, y afecta fundamentalmente a proteínas con poli-prolinas implicadas en la organización del citoesqueleto de actina. / Belda Palazón, B. (2014). Hipusinación del factor de traducción eIF5A dependiente de poliaminas [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/48474 / TESIS

[EN] ABSTRACT This PhD thesis is based on a collaboration between Professor Dr. Ramon Serrano's laboratory and the fertilizer company Fertinagro Nutrientes and it's motivated by the increasing need in agriculture to increase crop productivity while minimizing its impact on the environment. Fertinagro Nutrientes supplied the following six bioestimulants for analyzing its effects on tolerance to abiotic stress in the yeast Saccharomyces cerevisiae, providing no (or very limited in some cases) information about its composition: Seaweed extract, Vinacillas, Phosphite, Humic Acid, Amino22 and Potassium fulvate. The broad conservation of metabolic pathways and the molecular mechanisms involved in abiotic stress response between yeast and plants allows the use of S. cerevisiae as a suitable model system for this study. All bioestimulants showed, to a greater or lesser extent, positive effects on yeast tolerance against at least one of the abiotic stresses in study. Seaweed extract improves growth under salt stress. Phosphite and Vinacillas protect against salt stress and heat shock. Humic acid increases tolerance to oxidative stress and heat shock. The two most versatile bioestimulants, Amino22 and Potassium fulvate, were further investigated in order to identify their mechanisms of action. Amino22, which is the most effective biostimulant, considerably improves growth in the absence of stress and under osmotic stress and, to a lesser extent, it also enhances growth under salt stress conditions. Amino22 also provides tolerance against oxidative stress and heat shock. By comparison with an acid casein peptone it was confirmed that the active substance in Amino22 are amino acids. Analysis of global gene expression using DNA microarrays showed that Amino22 treatment represses both Gcn4 regulated genes (which are involved in amino acid and vitamin biosynthesis) and Aft1 regulated genes (which are involved in iron homeostasis). The positive effect of amino acids on growth and stress tolerance is related, at least in part, to the activation of TORC1 pathway and it also requires a partial inhibition of GAAC pathway. By contrast, this positive effect is independent of the Aft1 regulon repression. Following the observation that amino acid treatment represses iron regulon expression, we studied more in depth the relationship between amino acid and iron homeostasis in S. cerevisiae. We suggest a regulation model according to which the activation of GAAC pathway induces nuclear localization of Aft1 and subsequent expression of its target genes, whereas inhibition of this pathway by amino acids may have the opposite effect. Aft1 activity may be controlled through eIF2a phosphorylation and, hypothetically, it would involve regulation Fe/S biosynthesis. Potassium fulvate improves tolerance to osmotic, oxidative and heat stress. Microarray and qRT-PCR expression analysis indicate that Potassium fulvate represses Aft1 regulon. This repression can be explained by an increase in intracellular iron content, whose absorption depends on an oxidoreductase encoded by the FET3 gene. Tolerance to abiotic stress by Potassium fulvate also depends on FET3, therefore it is concluded that the mechanism of action of this biostimulant is based on an increased iron availability, which is accumulated in yeast cells without causing oxidative damage. / [ES] RESUMEN Este trabajo se basa en una colaboración entre el laboratorio del profesor doctor Ramón Serrano y la empresa de fertilizantes Fertinagro Nutrientes y está motivado por la necesidad creciente de incrementar la productividad de los cultivos agrícolas al mismo tiempo que se minimiza el impacto que la agricultura tiene sobre el medio ambiente. Fertinagro Nutrientes facilitó los siguientes seis bioestimulantes para el análisis de sus efectos sobre la tolerancia a estrés abiótico en la levadura Saccharomyces cerevisiae, aportando escasa (o nula en algunos casos) información acerca de su composición: Extracto de algas, Vinacillas, Fosfito, Ácido húmico, Amino22 y Fulvato potásico. La amplia conservación de rutas las metabólicas y de los mecanismos moleculares de defensa frente a estrés abiótico entre levadura y plantas justifican el uso de S. cerevisiae como sistema modelo para este estudio. Todos los bioestimulantes tienen, en mayor o menor medida, efectos positivos sobre la tolerancia de la levadura frente a al menos uno de los tipos de estrés abiótico estudiados. El Extracto de algas mejora el crecimiento en condiciones de estrés salino. El Vinacillas y el Fosfito protegen frente a estrés salino y choque térmico. El Ácido húmico incrementa la tolerancia a estrés oxidativo y choque térmico. Los dos bioestimulantes más polivalentes, el Amino22 y el Fulvato potásico, fueron estudiados en mayor profundidad con el objetivo de identificar sus mecanismos de acción. El Amino22, que es el bioestimulante más efectivo de los estudiados, mejora considerablemente el crecimiento en ausencia de estrés y bajo estrés osmótico y, en menor medida, también resulta beneficioso para el crecimiento en condiciones de estrés salino. Asimismo, el Amino22 proporciona tolerancia frente a estrés oxidativo y choque térmico. Mediante la comparación con una peptona de caseína ácida se comprobó que el principio activo responsable del efecto del Amino22 son los aminoácidos que contiene. El análisis del efecto del Amino22 sobre la expresión global de genes empleando micromatrices de DNA muestra que el bioestimulante reprime tanto genes regulados por Gcn4 e involucrados en la biosíntesis de aminoácidos y vitaminas como genes regulados por Aft1, implicados en la homeostasis de hierro. El efecto positivo de los aminoácidos sobre el crecimiento y tolerancia a estrés está relacionado, en parte al menos, con la activación de la ruta TORC1 y, además, requiere la inhibición parcial de la ruta GAAC. En cambio, dicho efecto positivo es independiente de la represión del regulón de Aft1. A raíz de la observación de que los aminoácidos reprimen el regulón de hierro, se profundizó en el estudio de la relación entre la homeostasis de aminoácidos y la de hierro en S. cerevisiae llegando a un modelo de regulación según el cual la activación de la ruta GAAC induciría la localización nuclear de Aft1 y la consiguiente expresión de sus genes diana, mientras que la inhibición de dicha ruta por la presencia de aminoácidos tendría el efecto contrario. La actividad de Aft1 sería controlada a través del estado de fosforilación de eIF2a e, hipotéticamente, implicaría la regulación de la formación de complejos Fe/S. El Fulvato potásico mejora la tolerancia a estrés osmótico, oxidativo y térmico. Los análisis de expresión mediante micromatrices y qRT-PCR indican que el tratamiento con Fulvato potásico reprime el regulón de Aft1. Esta represión se puede explicar por un aumento en el contenido intracelular de hierro, cuya entrada depende de la oxidorreductasa codificada por el gen FET3. La tolerancia a estrés abiótico que proporciona el Fulvato potásico también depende de FET3, por lo que se concluye que el mecanismo de acción de este bioestimulante se basa en un incremento de la disponibilidad de hierro, el cual se acumula en las células sin producir daño oxidativo extra. / [CAT] RESUM Aquest treball es basa en una col·laboració entre el laboratori del professor doctor Ramón Serrano i l'empresa de fertilitzants Fertinagro Nutrientes i està motivat per la necessitat creixent d'incrementar la productivitat dels cultius agrícoles al mateix temps que es minimitza l'impacte de l'agricultura sobre el medi ambient. Fertinagro Nutrientes va facilitar els següents sis bioestimulants per a l'anàlisi dels seus efectes sobre la tolerància a estrés abiòtic en el llevat Saccharomyces cerevisiae, aportant escassa (o nul·la en alguns casos) informació sobre la seua composició: Extracte d'algues, Vinacillas, Fosfit, Àcid húmic, Amino22 i Fulvat potàssic. L'àmplia conservació de les rutes metabòliques i dels mecanismes moleculars de defensa front a l'estrés abiòtic entre llevat i plantes justifiquen l'ús de S. cerevisiae com a sistema model per a este estudi. Tots els bioestimulants tenen, en major o menor mesura, efectes positius sobre la tolerància del llevat front a almenys un dels tipus d'estrés abiòtic estudiats. L'Extracte d'algues millora el creixement en condicions d'estrés salí. El Vinacillas i el Fosfit protegeixen front a l'estrés salí i xoc tèrmic. L'Àcid húmic incrementa la tolerància a estrés oxidatiu i xoc tèrmic. Els dos bioestimulants més polivalents, l'Amino22 i el Fulvat potàssic, van ser estudiats en major profunditat amb l'objectiu d'identificar els seus mecanismes d'acció. L'Amino22, que és el bioestimulant més efectiu dels estudiats, millora considerablement el creixement en absència d'estrés i baix estrés osmòtic i, en menor mesura, també resulta beneficiós per al creixement en condicions d'estrés salí. Així mateix, l'Amino22 proporciona tolerància front a l'estrés oxidatiu i xoc tèrmic. Mitjançant la comparació amb una peptona de caseïna àcida es va comprovar que el principi actiu responsable de l'efecte de l'Amino22 són els aminoàcids que conté. L'anàlisi de l'efecte de l'Amino22 sobre l'expressió global de gens emprant micromatrius de DNA mostra que el bioestimulant reprimeix tant gens regulats per Gcn4 i involucrats en la biosíntesi d'aminoàcids i vitamines com gens regulats per Aft1, implicats en l'homeòstasi del ferro. L'efecte positiu dels aminoàcids sobre el creixement i tolerància a estrés està relacionat, en part almenys, amb l'activació de la ruta TORC1 i, a més, requereix la inhibició parcial de la ruta GAAC. En canvi, aquest efecte positiu és independent de la repressió del reguló de Aft1. Arran de l'observació que els aminoàcids reprimeixen el reguló de ferro, es va aprofundir en l'estudi de la relació entre l'homeòstasi d'aminoàcids i la de ferro en S. cerevisiae arribant a un model de regulació segons el qual l'activació de la ruta GAAC induiria la localització nuclear de Aft1 i la consegüent expressió dels seus gens diana, mentre que la inhibició d'aquesta ruta per la presència d'aminoàcids tindria l'efecte contrari. L'activitat de Aft1 seria controlada a través de l'estat de fosforilació d' eIF2a i, hipotèticament, implicaria la regulació de la formació de complexos Fe/S. El Fulvat potàssic millora la tolerància a estrés osmòtic, oxidatiu i tèrmic. Les anàlisis d'expressió mitjançant micromatrius i qRT-PCR indiquen que el tractament amb Fulvat potàssic reprimeix el reguló de Aft1. Aquesta repressió es pot explicar per un augment en el contingut intracel·lular de ferro, l'entrada del qual depén de la oxidorreductasa codificada pel gen FET3. La tolerància a estrés abiòtic que proporciona el Fulvat potàssic també depén de FET3, per la qual cosa es conclou que el mecanisme d'acció d'aquest bioestimulant es basa en un increment de la disponibilitat de ferro, el qual s'acumula en les cèl·lules sense produir dany oxidatiu extra. / Caballero Molada, M. (2016). Estudio de efectos protectores y mecanismos de acción frente a estrés abiótico de bioestimulantes de fertilizantes en Saccharomyces cerevisiae [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/67390 / TESIS

Tesis por compendio / [ES] El pimiento es un cultivo muy importante a nivel mundial, pero es sensible a la falta de agua y a la salinidad. No obstante, se puede mejorar la tolerancia mediante la técnica del injerto. El Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias y la Universidad Politécnica de Valencia han realizado estudios previos para seleccionar accesiones de pimiento tolerantes a ambos estreses, utilizando después una selección de ellos como portainjertos para estudiar los mecanismos fisiológicos de tolerancia y aumentar la rentabilidad de su producción. Sin embargo, después de todos estos estudios, la información disponible es limitada. En este sentido, los objetivos que se han planteado en esta tesis doctoral fueron: i) seleccionar nuevas accesiones tolerantes de pimiento a la salinidad y escasez de agua, para aumentar la disponibilidad de genotipos tolerantes y usarlos en futuros programas de mejora, con el objetivo final de obtener nuevos portainjertos con una tolerancia mejorada; ii) identificar a corto plazo los mecanismos fisiológicos de tolerancia al estrés hídrico de una accesión tolerante (A25) usada como portainjerto; iii) identificar a corto plazo los mecanismos fisiológicos de tolerancia a la salinidad de un nuevo portainjerto híbrido tolerante (NIBER®); iv) encontrar los principales mecanismos moleculares de tolerancia a la salinidad de una accesión tolerante (A25) respecto a una sensible (A6) desde el punto de vista transcriptómico. Una vez realizados estos ensayos, en primer lugar, pudimos relacionar positivamente la capacidad fotosintética y el mantenimiento del crecimiento en plantas tolerantes a estrés hídrico y salino, tanto sin injertar como injertadas; de hecho, basándonos principalmente en esta relación, seleccionamos las accesiones A34 y A31 como tolerantes a estrés salino e hídrico, respectivamente. Además, demostramos que el papel principal de la prolina en los estreses estudiados no está ligado a la bajada de potencial osmótico; sin embargo, se identificaron funciones protectoras de este aminoácido que, junto a otras moléculas antioxidantes como los fenoles, contribuyen en el pimiento a aumentar la tolerancia. Igualmente importante es el peróxido de hidrógeno, que se relacionó con la capacidad antioxidante en pimiento, funcionando como molécula señalizadora en estrés salino. Asimismo, la bajada de ácido abscísico y la modificación de la expresión de genes relacionados han sido también relevantes en condiciones de estrés salino para mantener la apertura estomática y, por consiguiente, el crecimiento en plantas sin injertar e injertadas sobre portainjertos tolerantes. Se demostró también que la limitación del transporte de Na+ a hojas, así como el transporte y acumulación eficiente de K+ en raíces y hojas, son esenciales para alcanzar la homeostasis iónica y por tanto la tolerancia en pimientos injertados sobre portainjertos tolerantes. Para finalizar, el estudio de las rutas moleculares fue una herramienta útil para confirmar el comportamiento fisiológico y agronómico de una accesión de pimiento previamente clasificada como tolerante a la salinidad, descubriendo además nuevos mecanismos no referenciados hasta el momento. Los genes diferencialmente expresados encontrados estaban relacionados con la señalización hormonal, el crecimiento y desarrollo de las plantas, la fotoprotección, la regulación de los transportadores de iones y la detoxificación de ROS. / [CA] El pimentó és un cultiu molt important mundialment, però és sensible a la falta d'aigua i la salinitat. No obstant això, es pot millorar la tolerància mitjançant la tècnica de l'empelt. L'Institut Valencià d'Investigacions Agràries i la Universitat Politècnica de València han fet estudis previs per a seleccionar accessions de pimentó tolerants a tots dos estressos i a continuació, una selecció d'entre elles es va utilitzar per a estudiar els mecanismes fisiològics de tolerància i augmentar la rendibilitat de la seua producció. No obstant això, després de tots aquests experiments, la informació encara és limitada. En aquest sentit, els objectius que s'han plantejat en aquesta tesi doctoral van ser: i) seleccionar noves accessions tolerants de pimentó a la salinitat i la falta d'aigua, per a augmentar la disponibilitat de genotips tolerants i usar-los en futurs programes de millora, amb l'objectiu final d'obtindre nous portaempelts amb una tolerància millorada; ii) identificar a curt termini els mecanismes fisiològics de tolerància a l'estrès hídric d'una accessió tolerant (A25) usada com portaempelt; iii) identificar a curt termini els mecanismes fisiològics de tolerància a la salinitat d'un nou portaempelt híbrid tolerant (NIBER®); iv) trobar els principals mecanismes moleculars de tolerància a la salinitat d'una accessió tolerant (A25) respecte a una sensible (A6) des d'un punt de vista de la transcriptòmica. Després de realitzar aquests assajos, en primer lloc, vam poder relacionar positivament la capacitat fotosintètica i el manteniment del creixement en plantes tolerants a l'estrès hídric i salí, tant sense empeltar com empeltades; de fet, basant-nos principalment en aquesta relació, vam seleccionar les accessions A34 i A31 com tolerants a l'estrès salí i hídric, respectivament. A més a més, vam demostrar que el paper principal de la prolina en els estressos estudiats no està lligat a la baixada de potencial osmòtic; en canvi, es van identificar diferents funcions protectores d'aquest aminoàcid, que, junt a altres molècules antioxidants com els fenols, contribueixen en el pimentó a combatre'ls. Igualment important és el peròxid d'hidrogen, que es va relacionar amb la capacitat antioxidant del pimentó, funcionant com a molècula senyalitzadora a l'estrès salí. Així mateix, la baixada d'àcid abscísic i la modificació de l'expressió de gens relacionats de la seua senyalització han sigut també rellevants en condicions d'estrès salí per a mantindre l'obertura estomàtica i per tant el creixement en plantes sense empeltar i empeltades amb portaempelts tolerants. Es va demostrar també que la limitació del transport de Na+ a les fulles, així com el transport i l'acumulació eficient de K+ a les arrels i les fulles, són essencials per a aconseguir l'homeòstasi iònica i per tant la tolerància en pimentons empeltats damunt portaempelts tolerants. Per concloure, l'estudi de les rutes moleculars va ser un instrument útil per a confirmar el comportament fisiològic i agronòmic d'una accessió de pimentó prèviament classificada com a tolerant, descobrint a més nous mecanismes no trobats fins ara. Els gens diferencialment expressats trobats estaven relacionats amb la senyalització hormonal, el creixement i el desenvolupament de les plantes, la fotoprotecció, la regulació dels transportadors de ions i la detoxificació de ROS. / [EN] Pepper culture is economically very important worldwide, although it is very sensitive to suboptimal conditions of water and high salinity. However, the tolerance to these stresses can be improved by the grafting technique. Previous studies of the Valencian Institute for Agricultural Research and the Polytechnic University of Valencia have been conducted to select pepper accessions that showed tolerance to both stresses, after which a further selection of them was used as rootstocks to find physiological mechanisms of tolerance and to increase its agronomic profit. However, after all these studies, the available information in this regard is still scarce. Therefore, the objectives of this thesis were to: i) screen new tolerant pepper accessions under high salt concentrations and suboptimal water conditions, to increase the availability of tolerant genotypes to be used in future breeding programmes, with the final aim of obtaining new and improved tolerant rootstocks; ii) identify the short-term physiological mechanisms of water stress tolerance of a tolerant accession (A25) used as a rootstock; iii) identify the physiological mechanisms of short-term tolerance to salinity of a new tolerant hybrid rootstock (NIBER®); and iv) find the main molecular pathways of salinity tolerance of a tolerant accession (A25) compared to a sensitive one (A6) by a transcriptomic approach. After conducting these studies, we firstly found a positive relationship between photosynthetic capacity and growth maintenance in plants that were tolerant to water or salt stress, both grafted or ungrafted; indeed, based mainly on this relationship, we selected accessions A34 and A31 as tolerant to salt and water stress, respectively. In addition, we were able to demonstrate that the main role of proline under salinity and water scarcity is not linked herein to the drop in osmotic potential; on the contrary, we identified different protective roles that, together with other antioxidant protective molecules such as phenols, contribute to the tolerance of pepper plants to these environmental stresses. Moreover, hydrogen peroxide, a reactive oxygen species, was found to play important roles in the antioxidant capacity of pepper, working as a signalling molecule under salinity stress. Furthermore, the drop in abscisic acid concentration and its signalling deregulation were also shown to maintain stomatal aperture and thus the growth of the scion when grafted onto tolerant rootstocks and ungrafted accessions under high salt concentration conditions. It was also demonstrated that a limitation of Na+ transport to leaves, as well as a more efficient transport and accumulation of K+ in roots and leaves, are essential to reach ion homeostasis and, thus, tolerance in pepper plants grafted onto tolerant rootstocks. Finally, the study of the molecular pathways of tolerance was a useful tool to confirm the physiological and agronomical behaviour of a pepper accession previously classified as tolerant, although new mechanisms were also found. The differentially expressed genes found were linked to hormonal signalling, plant growth and development, photoprotection, regulation of ion transporters and ROS detoxification. / Quiero agradecer al Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias (IVIA), al Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA) y al Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades por darme la oportunidad de disfrutar de la beca predoctoral FPI-INIA (proyectos RTA2013-00022-C02-1 y RTA2017-00030-C02-00) con la que he realizado esta tesis doctoral y he podido aprender tanto todos estos años, asistir a los congresos y realizar las estancias de investigación en el extranjero. / López Serrano, L. (2021). Unravelling the Physiological and Genetic Adaptation of Grafted Pepper under Saline and Hydric Stresses [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/162875 / TESIS / Compendio

[ES] A escala mundial, la Citricultura es uno de los sectores dentro de la Fruticultura con mayor producción, superando los 158 millones de toneladas en el año, pero es sensible de un gran número de estreses abióticos al ser un cultivo subtropical. La baja temperatura es uno de los estreses abióticos que más afecta a los cítricos produciendo grandes pérdidas anuales. El cambio climático está muy presente dando lugar cambios en los patrones de El tiempo originando un gran número de olas de frío y calor. Pero gracias a la técnica del injerto y al uso de patrones de cítricos los problemas causados por los estreses abióticos pueden mejorarse. El IVIA cuenta con un programa de mejora de patrones cuyo objetivo es la búsqueda de nuevo material vegetal con el fin de satisfacer los problemas de la citricultura. Tradicionalmente, el patrón más tolerante a la baja temperatura es Poncirus trifoliata, el cual se han realizado la mayoría de los trabajos en la bibliografía. Como patrón sensible, se empleó Citrus macrophylla ya que se trata de un patrón del tipo limonero que se sabe popularmente de su sensibilidad al frío. También se empleó el patrón citrange Carrizo, el cual se trata de patrón comercial más cultivado en España en la actualidad y la variedad Taroco Rosso, que se sabe de su pigmentación a causa de la baja temperatura. Así pues, los capítulos planteados en la presente tesis fueron: 1. Estrés a baja temperatura a corto plazo, 2. Estrés a baja temperatura a largo plazo y 3. El efecto del patrón en la variedad Tarocco Rosso. / [CAT] A escala mundial, la Citricultura és un dels sectors dins de la Fruticultura amb més producció, superant els 158 milions de tones a l'any, però és sensible d'un gran nombre d'estressos abiòtics per ser un cultiu subtropical. La baixa temperatura és un dels estressos abiòtics que més afecta els cítrics produint grans pèrdues anuals. El canvi climàtic està molt present donant lloc a canvis en els patrons de El temps originant un gran nombre d'onades de fred i calor. Però gràcies a la tècnica de l'empelt i a l'ús de patrons de cítrics, els problemes causats pels estressos abiòtics es poden millorar. L'IVIA compta amb un programa de millora de patrons que te com a objectiu la recerca de nou material vegetal per tal de satisfer els problemes de la citricultura. Tradicionalment, el patró més tolerant a la baixa temperatura és Poncirus trifoliata, el qual s'han realitzat la majoria dels treballs a la bibliografia. Com a patró sensible, es va fer servir Citrus macrophylla ja que es tracta d'un patró del tipus llimoner que se sap popularment de la seva sensibilitat al fred. També es va emprar el patró citrange Carrizo, el qual es tracta del patró comercial més cultivat a Espanya actualment i la varietat Taroco Rosso, que se sap de la seva pigmentació a causa de la baixa temperatura. Així doncs, els capítols plantejats en aquesta tesi van ser: 1. Estrès a baixa temperatura a curt termini, 2. Estrès a baixa temperatura a llarg termini i 3. L'efecte del patró en la varietat Tarocco Rosso. / [EN] On a global scale, Citriculture is one of the sectors within Fruit Growing with the highest production, exceeding 158 million tons per year, but it is sensitive to many abiotic stresses as it is a subtropical crop. Low temperature is one of the abiotic stresses that most affects citrus, producing large annual losses. Climate change is very present, giving rise to changes in weather patterns, causing many cold and heat waves. But thanks to the grafting technique and the use of citrus rootstocks, problems caused by abiotic stresses can be improved. IVIA institute has a rootstock improvement program whose objective is to search for new plant material to satisfy the problems of Citriculture. Traditionally, the most low-temperature tolerant rootstock is Poncirus trifoliata, on which most of the work in the literature has been done. As a sensitive rootstock, Citrus macrophylla was used since it is a lemon type rootstock that is popularly known for its sensitivity to cold. The citrange Carrizo rootstock was also used, which is currently the most cultivated commercial rootstock in Spain, and the Taroco Rosso variety, which is known for its pigmentation due to low temperature. Thus, the chapters proposed in this thesis were: 1. Short-term low-temperature stress, 2. Long-term low-temperature stress, and 3. The rootstock effect on the Tarocco Rosso variety. / Primo Capella, MA. (2023). Caracterización fisiológica y molecular de la respuesta de patrones de cítricos a estrés por baja temperatura [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/192892

[ES] Las especies reactivas de oxígeno (ROS), el oxígeno molecular (O2) y el óxido nítrico (NO) son factores comunes en las respuestas a diferentes tipos de estrés en las plantas. En los últimos años, las condiciones ambientales adversas han aumentado debido al cambio climático y, entre ellas, las fuertes lluvias que provocan anegaciones o inundaciones en los campos suponen un grave problema para el desarrollo y el futuro de la agricultura. Estas inundaciones provocan que la planta se enfrente a condiciones de hipoxia severas y a la re-oxigenación que ocurre cuando se retira el agua. Es importante, por tanto, conocer los factores genéticos y moleculares que modulan las respuestas de las plantas a la hipoxia u otros tipos de estrés abiótico para hacer frente a estas situaciones. La familia de proteínas VQ de Arabidopsis thaliana incluye cinco miembros codificados por genes que se inducen en respuesta a la hipoxia, al NO y al estrés oxidativo. Dos de ellos, VQ1 y VQ10, codifican dos proteínas con una gran homología de secuencia y estructura, que no poseen actividad transcripcional. En este trabajo, se describe que VQ1 y VQ10 interaccionan entre sí y con ellas mismas, y con las otras tres proteínas VQ y cuatro factores de transcripción WRKY cuyos genes también se inducen en respuesta a hipoxia, NO y estrés oxidativo. Un rastreo de doble híbrido de levadura de una genoteca de Arabidopsis utilizando VQ1 como cebo permitió identificar alrededor de 300 proteínas interactoras de VQ1 y probablemente también de VQ10, sugiriendo que ambas proteínas tienen patrones similares de interacción proteína-proteína. VQ1 y VQ10 son proteínas citoplásmicas y nucleares, por lo que la identificación de casi 50 proteínas cloroplásticas que interaccionan con VQ1 en el cloroplasto sugiere que estas interacciones deben ocurrir en el citoplasma. En el rastreo se identificó la 1-desoxi-D-xilulosa-5-fosfato sintasa (DXS), una enzima clave para la biosíntesis de isoprenoides, la fotosíntesis y el crecimiento de las plantas. Al co-inmunoprecipitar DXS y VQ1 o VQ10 se observó que VQ1 y sobre todo VQ10 favorecieron la monomerización de DXS en un ambiente reductor. A partir de la identificación de un mutante hipermórfico vq10-H se ha procedido a caracterizar algunas de las funciones reguladoras ejercidas por VQ10. El análisis transcriptómico comparado de vq10-H y plantas silvestres Col-0 permitió identificar la regulación ejercida por VQ10 en el desarrollo de las raíces, en las respuestas a NO y estrés oxidativo, así como una potencial función reguladora del procesamiento alternativo de ARNs. La sobreexpresión de VQ10 provocó el aumento de la elongación de la raíz primaria, y de la división y elongación celular en la raíz. También provocó una mayor tolerancia al estrés oxidativo, una menor sensibilidad al NO, y una mayor eficiencia fotosintética en comparación con las plantas silvestres. En conjunto, el trabajo realizado en esta Tesis sugiere que algunas funciones reguladoras de VQ1 y VQ10 en el desarrollo y las respuestas a estrés de las plantas podría estar basado en mecanismos de regulación redox. / [CA] Les espècies reactives d'oxigen (ROS), l'oxigen molecular (O2) i l'òxid nítric (NO) són factors comuns en les respostes a diferents tipus d'estrés en les plantes. En els últims anys, les condicions ambientals adverses han augmentat a causa del canvi climàtic i, entre elles, les fortes pluges que provoquen inundacions als camps suposen un greu problema per al desenvolupament i el futur de l'agricultura. Aquestes inundacions provoquen que la planta s'enfronte a condicions d'hipòxia severes i a la re-oxigenació que ocorre quan es retira l'aigua. És important, per tant, conéixer els factors genètics i moleculars que modulen les respostes de les plantes a l'hipòxia o altres tipus d'estrés abiòtic per a fer front a aquestes situacions. La família de proteïnes VQ d'Arabidopsis thaliana inclou cinc membres codificats per gens que s'indueixen com a resposta a l'hipòxia, al NO i a l'estrés oxidatiu. Dos d'ells, VQ1 i VQ10, codifiquen dues proteïnes amb una gran homologia de seqüència i estructura, que no posseeixen activitat transcripcional. En aquest treball, es descriu que VQ1 i VQ10 interaccionen entre si i amb elles mateixes, i amb les altres tres proteïnes VQ i quatre factors de transcripció WRKY, els gens dels quals també s'indueixen com a resposta a hipòxia, NO i estrés oxidatiu. Un rastreig amb la técnica del doble híbrid en llevat d'una genoteca d'Arabidopsis utilitzant VQ1 com a esquer va permetre identificar al voltant de 300 proteïnes interactores de VQ1 i probablement també de VQ10, suggerint que ambdues proteïnes tenen patrons similars d'interacció proteïna-proteïna. VQ1 i VQ10 són proteïnes citoplasmàtiques i nuclears, de manera que la identificació de gairebé 50 proteïnes cloroplàstiques que interaccionen amb VQ1 en el cloroplast suggereix que aquestes interaccions han d'ocorrer al citoplasma. En el rastreig es va identificar la 1-desoxi-D-xilulosa-5-fosfat sintasa (DXS), un enzim clau per a la biosíntesi d'isoprenoides, la fotosíntesi i el creixement de les plantes. En co-immunoprecipitar DXS i VQ1 o VQ10 es va observar que VQ1 i sobretot VQ10 van afavorir la monomerització de DXS en un ambient reductor. A partir de la identificación d'un mutant hipermòrfic vq10-H s'ha procedit a caracteritzar algunes de les funcions reguladores exercides per VQ10. L'anàlisi transcriptòmic comparat de vq10-H i plantes silvestres Col-0 va permetre identificar la regulació exercida per VQ10 en el desenvolupament de les arrels, en les respostes a NO i estrès oxidatiu, així com una potencial funció reguladora del processament alternatiu d'ARNs. La sobreexpressió de VQ10 va provocar l'augment de l'elongació de l'arrel primària, i de la divisió i elongació cel·lular a l'arrel. També va provocar una major tolerància a l'estrès oxidatiu, una menor sensibilitat al NO, i una major eficiencia fotosintètica en comparació amb les plantes silvestres. En conjunt, el treball realitzat en aquesta Tesi suggereix que algunes funcions reguladores de VQ1 i VQ10 en el desenvolupament i les respostes a estrés de les plantes podria estar basat en mecanismes de regulació redox. / [EN] Reactive oxygen species (ROS), molecular oxygen (O2), and nitric oxide (NO) are common factors in diverse plant stress responses. In the past few years, adverse environmental conditions have increased due to climate change, including heavy rains leading to waterlogging or flooding in fields, posing a serious problem for agriculture's development and future. Floods impose severe hypoxia conditions to plants to be later re-oxygenated when water recedes. Therefore, it is essential to understand the genetic and molecular factors that modulate plant responses to hypoxia and other abiotic stresses to address these situations. The VQ-motif containing protein family in Arabidopsis thaliana includes five members encoded by genes induced in response to hypoxia, NO, and oxidative stress. Two of them, VQ1 and VQ10, encode two proteins with significant sequence and structural homology, lacking transcriptional activity. In this study, it is described that VQ1 and VQ10 interact with each other and themselves, as well as with the other three VQ proteins and four WRKY transcription factors whose genes are also induced in response to hypoxia, NO, and oxidative stress. A yeast two-hybrid screening of an Arabidopsis library using VQ1 as bait allowed us identifying almost 300 VQ1-interacting proteins, that likely also interact with VQ10, suggesting that their homology can be extended to protein-protein interaction patterns. VQ1 and VQ10 are cytoplasmic and nuclear proteins, so the identification of nearly 50 chloroplast proteins interacting with VQ1 in the chloroplast suggests that these interactions may be occurring in the cytoplasm. 1-Deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase (DXS), a key enzyme in isoprenoid biosynthesis, photosynthesis, and plant growth, was identified in the screening. Co-immunoprecipitation of DXS with VQ1 or VQ10 showed that VQ1 and, particularly, VQ10 promoted the monomerization of DXS under reducing conditions. Based on the identification of a hypermorphic vq10-H mutant, some of the regulatory functions exerted by VQ10 have been characterized. Comparative transcriptomic analysis of the hypermorphic vq10-H mutant and Col-0 wild type plants allowed us identifying the regulation exerted by VQ10 in root development, in responses to NO and oxidative stress, as well as in the alternative splicing of RNAs. Overexpression of VQ10 led to increased primary root elongation, and increased root cell division and elongation. It also triggered an enhanced oxidative stress tolerance, reduced sensitivity to NO, and enhanced photosynthetic efficiency compared to wild type plants. Altogether, the work carried out in this thesis suggest that some of the regulatory functions exerted by VQ1 and VQ10 on development and stress responses in plants, could be based on redox mechanisms. / Gayubas Balaguer, B. (2023). Función de las proteínas VQ1 y VQ10 codificadas por genes inducibles por hipoxia, óxido nítrico, y estrés oxidativo en la regulación del desarrollo y las respuestas a estrés en Arabidopsis thaliana [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202571

La vitamina E incluye una serie de compuestos amfipáticos esenciales en la dieta tanto para humanos como para animales y que únicamente puede ser sintetizada por organismos fotosintéticos, los tocoferoles y los tocotrienoles. Descubierta a principios del siglo XX, no fue hasta los años 60 que se asoció a propiedades antioxidantes. En plantas, se sabe que los niveles de tocoferol (la forma mayoritaria en hojas) aumenta en respuesta al estrés y que está implicado en el control de los niveles de las especies reactivas del oxígeno, la síntesis de las cuáles suele aumentar drásticamente en condiciones de estrés y pueden ir asociadas a graves daños celulares si no se regulan adecuadamente sus niveles. También interviene en la prevención de la propagación de la peroxidación lipídica en condiciones de estrés oxidativo, además de otras nuevas funciones que poco a poco se van descubriendo, como la importancia durante la germinación de semillas, la implicación en el transporte de fotoasimilados o un posible papel en señalización celular. En esta tesis se estudió la regulación de la biosíntesis de α- y γ-tocoferol en condiciones de estrés abiótico (déficit hídrico y estrés salino), así como su posible implicación en señalización celular en la planta modelo Arabidopsis thaliana y en la planta con metabolismo CAM, Aptenia cordifolia. Pero la vitamina E no actúa sola. Como antioxidante, puede trabajar coordinadamente con el ascorbato o con carotenoides además de con diversas fitohormonas, por lo que además, se estudió el papel como mecanismo fotoprotector, juntamente con los carotenoides y los niveles hormonales, tanto en condiciones de estrés como influenciados por la edad de la hoja. Los estudios en A. thaliana se llevaron a cabo utilizando diversos mutantes ya fueran de etileno o de tocoferol como aproximaciones a sistemas deficientes de ambos compuestos. Se observó que el etileno promueve la síntesis de tocoferol en A. thaliana, de forma especifica a través de las proteínas EIN2, EIN3 y EIL1. Además, niveles elevados de etileno promueven aumentos de tocoferol en hojas viejas y mutaciones en el gen que codifica para la proteína EIN3 es capaz de resistir dosis moderadas de salinidad, cambiando el balance hormonal foliar y aumentando el estrés oxidativo. Sorprendentemente, la biosíntesis de tocoferol no resultó estar regulada a nivel transcripcional. En el modelo de planta CAM, la A. cordifolia, el ABA jugó un papel importante en la regulación de la biosíntesis de tocoferol en condiciones de déficit hídrico. Juntamente con el β-caroteno y el ciclo de las xantofilas, los tocoferoles ayudan a la protección del PSII en condiciones de déficit hídrico y estrés salino cuando la demanda de fotoprotección es elevada, pero cuando los carotenoides se empiezan a degradar, el tocoferol es incapaz de substituirlos. Además, el γ-tocoferol parece tener funciones específicas además de precursor del α-tocoferol influenciando de forma específica los niveles de expresión de genes implicados en la biosíntesis, percepción y señalización del etileno en A. thaliana. Finalmente, cabe destacar que el tocoferol interviene en la comunicación cloroplasto-núcleo a través de regular los niveles de expresión de genes relacionados con el etileno, formando parte de la intrincada red de señalización retrógrada. / Vitamin E includes different amphipathic compounds, tocopherols and tocotrienols, essentials in the diet of humans and animals. It can be synthesized only by photosynthetic organisms and it was discovered in the early twentieth century but it was not until the 60‘s when it was associated with its antioxidant properties. In plants, it is known that the levels of α-tocopherol (the major form in leaves) increase in response to stress and they are involved in the control of the levels of reactive oxygen species (ROS). Under stress conditions the levels of ROS tend to increase dramatically and they could be associated with serious cell damage if their levels are not properly regulated. Moreover tocopherols are involved in prevention of the lipidic peroxidation propagation under oxidative stress conditions. Furthermore, new functions are gradually being discovered, like their importance in the process of seed germination, their role on the transport of the photoassimilates or their possible function in cell signalling. During this PhD I have studied the regulation of the biosynthesis of α- and γ-tocopherol under abiotic stress conditions (water and salt stress) and their possible role in cell signalling in the model plant Arabidopsis thaliana and in the CAM plant, Aptenia cordifolia. As an antioxidant, it might work in coordination with ascorbate or carotenoids as well as with some phytohormones. That is why we have studied their role as photoprotective mechanism together with carotenoids and the hormone levels in both stress conditions and the influence of leave age. The studies in A. thaliana were carried out using tocopherol or ethylene mutants as approximations to deficient systems of both compounds. It was observed that ethylene promotes synthesis of tocopherol in A. thaliana, specifically through EIN2, EIN3 and EIL1 proteins. In addition, elevated levels of ethylene induced tocopherol increase in old leaves. ein3-1 mutant plants were able to withstand moderate doses of salinity, changing leaf hormonal balance and increasing oxidative stress. Surprisingly, the biosynthesis of tocopherol was not being regulated at the transcriptional level. In the model CAM plant, A. cordifolia, the ABA played an important role in the regulation of tocopherol biosynthesis under water stress conditions. Together with β-carotene and the xanthophyll cycle, tocopherols help in the protection of PSII under both water and salt stress conditions when the demand for photoprotection is high. When carotenoids were beginning to degrade, tocopherols were unable to replace them. In addition, the γ-tocopherol seemed to have specific functions not only as α-tocopherol precursor. It can specifically influence the expression levels of genes involved in ethylene biosynthesis, perception and signalling in A. thaliana. Finally, in this PhD thesis it is demonstrated that tocopherol is involved in the chloroplast-nucleus communication by regulating the expression levels of genes related to ethylene as part of the intricate network of retrograde signalling.