Orientador: Paulo Arruda / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-25T23:29:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barreto_PedroPaulo_D.pdf: 2593736 bytes, checksum: 667c2ed03e1e7e51ac393087c3acc7ae (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A proteína desacopladora mitocondrial 1 (UCP1) é uma proteína mitocondrial codificada pelo núcleo capaz de desacoplar o gradiente eletroquímico usado para a síntese de ATP, dissipando a energia na forma de calor. A descoberta de homólogos e ortólogos da UCP1, sugere outros papéis fisiológicos para estas proteínas. As UCPs podem servir como uma válvula de escape, diminuindo a força protonmotiva (PMF) e reduzindo a produção de ROS em condições desfavoráveis. Plantas superexpressando UCPs se desenvolvem melhor quando submetidas a estresses bióticos e abióticos. Estas plantas demonstraram diminuição na produção de ROS, alteração no estado redox celular, além de um aumento no metabolismo energético e na fotossíntese. Neste trabalho nós investigamos os mecanismos moleculares envolvidos no metabolismo energético celular e resposta a estresses em plantas de tabaco superexpressando a UCP1 de A. thaliana. Demonstramos, através de análises moleculares e genômicas, que a superexpressão da UCP1 é capaz de provocar o aumento na respiração desacoplada em mitocôndrias isoladas, diminuir o conteúdo de ATP intracelular, e desencadear um processo de sinalização retrógrada que resulta na indução de genes mitocondriais e genes responsivos a estresses. Esta sinalização retrógrada resultou na indução do processo de biogênese mitocondrial verificado pelo aumento no número e área mitocondrial por célula, além de alterações morfológicas nestas organelas. O processo de biogênese mitocondrial nestas plantas é acompanhado pelo aumento na expressão de um grande número de genes responsivos a estresses, o que resulta no melhor desempenho e reduzida produção de ROS mitocondrial quando submetidas a estresses abióticos. A análise detalhada do transcriptoma de plantas superexpressando UCP1 em comparação com plantas selvagens demonstrou uma forte conexão entre os metabolismos mitocondrial, citoplasmático e cloroplástico para compensar as alterações provocadas pelo aumento na atividade da UCP1. Um grande número de fatores de transcrição ainda não caracterizados foram identificados e podem representar bons alvos para investigações futuras a respeito da regulação da biogênese mitocondrial e do metabolismo energético em plantas. Os resultados contidos nesta tese nos permitem melhor compreender a flexibilidade do metabolismo energético em plantas e identificar possíveis reguladores do processo de biogênese mitocondrial e resposta a estresses em plantas / Abstract: The mitochondrial uncoupling protein 1 (UCP1) is a nuclear-encoded mitochondrial protein capable of uncouple the electrochemical gradient used for ATP synthesis, dissipating energy as heat. The discovery of UCP1 homologues, and its corresponding orthologues suggest diverse physiological functions for these proteins. UCPs may serve as an escape valve, decreasing the proton motive force (PMF) and preventing ROS production under unfavorable conditions. Plants overexpressing UCPs perform better under biotic and abiotic stresses. These plants show diminished ROS production, alteration of cell redox homeostasis, increased energy metabolism and photosynthesis. In this work we investigated the molecular mechanisms underlying cell energy metabolism and stress response in tobacco plants overexpressing an Arabidopsis thaliana UCP1. We demonstrated through molecular, cellular and genomic tools that UCP1 overexpressing plants is capable of increasing uncoupled respiration of isolated mitochondria, decrease intracellular ATP levels, and trigger a retrograde signaling that resulted in a broad induction of mitochondrial and stress response genes. The retrograde signaling resulted in the induction of mitochondrial biogenesis verified by increased mitochondrial number, area and alterations on mitochondrial morphology. The increased mitochondrial biogenesis in these plants accompanied by the broad increase in the expression of stress responsive genes, may be responsible for the diminished ROS production and the better performance of these plants when submitted to several abiotic stresses. We also performed a detailed analysis of the transcriptome expression of the UCP1 overexpressing plants as compared with the wild type plants. We verified that the UCP1 overexpressing plants exhibited a tight connection between mitochondrial, cytoplasm and chloroplast energy metabolism to accommodate the alterations caused by the increased UCP1 activity. A number of uncharacterized transcription factors seem to be good targets for future investigations on the regulation of plant mitochondrial biogenesis and energy metabolism. The results presented in this work allowed a better understanding of the flexibility of energy metabolism in plants, and the use of this mechanism to identify possible regulators of plant mitochondrial biogenesis and stress response / Doutorado / Bioinformatica / Doutor em Genetica e Biologia Molecular

Submitted by Gabriela Lopes (gmachadolopesufpel@gmail.com) on 2018-05-25T17:16:40Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) DISSERTACAO_DCLC_04162018 _FINAL.pdf: 3400535 bytes, checksum: 7f28e3c77f4b13db5eb447625ffd190c (MD5) / Approved for entry into archive by Aline Batista (alinehb.ufpel@gmail.com) on 2018-05-30T12:53:45Z (GMT) No. of bitstreams: 2 DISSERTACAO_DCLC_04162018 _FINAL.pdf: 3400535 bytes, checksum: 7f28e3c77f4b13db5eb447625ffd190c (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-30T12:53:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 DISSERTACAO_DCLC_04162018 _FINAL.pdf: 3400535 bytes, checksum: 7f28e3c77f4b13db5eb447625ffd190c (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-04-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / O arroz (Oryza sativa L.) é um dos cereais mais produzidos e consumidos no mundo, porém a produção mundial é insuficiente e deve aumentar para suprir a demanda do crescimento populacional. O aumento da produção está sofrendo limitações pois novas áreas de cultivo estão sujeitas a estresses bióticos e abióticos, limitando a sua utilização. Algumas destas áreas apresentam altos níveis de alumínio que são tóxicos para a cultura, tornando-se importante estudar a resposta de diferentes genótipos de arroz sob estresse pelo Al3+. O objetivo deste estudo foi avaliar a resposta do arroz quanto à tolerância ao alumínio tóxico sob diferentes concentrações, visando obter parâmetros morfológicos ligados a tolerância ao Al3+ e identificar genótipos tolerantes. Foram realizados dois experimentos nos quais 22 genótipos de arroz (21 - indica e 1 - japonica) foram avaliados. No primeiro experimento, em sistema hidropônico, as plantas foram mantidas em recipientes de 700mL com tampa de nylon, contendo solução nutritiva com quatro concentrações de Al3+ (0, 10, 20 e 30 mg L-1), pelo período de 14 dias e após foram avaliados o comprimento da parte aérea, da primeira e da segunda folha, inserção da primeira e segunda folha, número de raízes, comprimento máximo do sistema radicular, massa da matéria seca de raiz e da parte aérea. No segundo experimento, em casa de vegetação, as plantas foram mantidas em baldes com solo contendo duas concentrações de Al3+ (0 e 3,5 cmolc dm-3), as plantas foram avaliadas durante todo o ciclo da cultura. Na fase inicial, foram avaliados: altura de plântula, número de afilhos e folhas/afilho, área foliar afetada (por amarelecimento, clorose e senescência); número de folhas e afilhos mortos (por amarelecimento, clorose e senescência). No final do ciclo foram avaliados: florescimento, maturação, comprimento e largura da folha bandeira; comprimento do colmo; número de colmos por planta; percentual de fertilidade da espigueta; exerção da panícula; comprimento da panícula; número de panícula por planta; número de grãos por panícula; arista; degrane; índice de colheita, massa de 100 grãos. Para as avaliações nas raízes foram determinados: o ângulo de abertura, área, largura máxima, comprimento, profundidade de largura máxima da raiz e massa de raiz. Doenças importantes na cultura do arroz também foram avaliadas, utilizando escala de avaliação proposta pelo Instituto Internacional para a Pesquisa em Arroz (IRRI). Como resultados os genótipos Gen7 e Gen15 são considerados materiais promissores para futuras análises. Os genótipos Gen3 e Gen6 com 10 mg L-1, Gen5 com 20 mg L-1, Gen18 nas concentrações de 10, 20 e 30 mg L-1 e Gen14 com 30 mg L-1 de alumínio, apresentaram tolerância a esse elemento químico. As variáveis comprimento da parte aérea e segunda folha, juntamente com a massa da matéria seca de raiz podem ser usadas para discriminar genótipos sensíveis e tolerantes ao estresse por alumínio, em períodos curtos de exposições. / Rice (Oryza sativa L.) is one of the most produced and consumed cereals in the world. However, this production is not sufficient to sustain the growing demand caused by the population increase. Production increases are under limitation since new cultivation areas are subjected to biotic and abiotic stresses. Some areas present high aluminum levels that are toxic to the rice crop, making it important to study the response of different genotypes under Al3+ stress. The goal of this study was to evaluate the rice response regarding toxic aluminum under different concentrations, aiming to obtain morphological parameters linked to Al3+ and to identify tolerant genotypes. Two experiments were performed, in which 22 rice genotypes (21 - indica and 1 - japonica) were evaluated. In the first experiment, under hydroponics, plants were maintained in 700mL pots with a nylon lid, containing nutrient solution with four Al3+ concentrations (0, 10, 20 and 30 mg L-1), for a 14 day period. Shoot length, first and second leaf length, root number, root length, root and shoot dry matter were measured. In the second experiment, in greenhouse, plants were mantained in pots with soil containing two Al3+ concentrations (0 and 3,5 cmolc dm-3), plants were evaluated during the whole cycle. In the initial phase, the following traits were evaluated: seedling height, number of tillers, number of leaves per tiller, affected leaf area (by chlorosis, yellowing and senescence); number of dead leaves and dead tillers (by chlorosis, yellowing and senescence). At the end of the cycle the following traits were evaluated: flowering, maturation, flag leaf length and width; culm length; number of culms per plant; percentage of spikelet fertility, panicle exertion; panicle length; number of panicles per plant; number of grains per panicle; awns; shattering, harvesting index, weight of a hundred grains. For the root evaluations, the following traits were measured: root angle, area, maximum width, length; deepness of maximum root width and root mass. Important diseases in the rice crop were also evaluated, using the scale proposed by IRRI. As a result, the genotypes Gen7 and Gen15 are considered promising genotypes for further investigations. The genotypes Gen3 and Gen6 at 10 mg L-1, Gen5 with 20 mg L-1, Gen18 at the concentrations of 10, 20 and 30 mg L-1 and Gen14 at 30 mg L-1 aluminum, presented tolerance to this element. The variables shoot and seconf leaf length, as well as root dry matter can be used to discriminate between tolerant and sensitive genotypes to aluminum stress, under short exposition periods.

Submitted by Gabriela Lopes (gmachadolopesufpel@gmail.com) on 2018-06-11T17:25:35Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertação Adílson Härter versão Final Corrigida e revisada.pdf: 2209359 bytes, checksum: 6d82e9eaff6afb4c5c80d532c2587c09 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-11T17:25:35Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertação Adílson Härter versão Final Corrigida e revisada.pdf: 2209359 bytes, checksum: 6d82e9eaff6afb4c5c80d532c2587c09 (MD5) Previous issue date: 2018-02-28 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / A cana-de-açúcar é uma das principais fontes de energia e alimento, destacando-se pela múltipla forma de uso e subprodutos obtidos. Neste cenário, o Rio Grande do Sul (RS) representa uma região importante na produção de derivados desta cultura, vinculado principalmente à agricultura familiar. O cultivo de cana-de-açúcar no RS atualmente passa por uma fase de adoção de novas variedades, substituindo clones e variedades antigas, as quais geralmente apresentam baixo rendimento e pouca tolerância a estresses abióticos. O objetivo deste trabalho foi desenvolver uma metodologia de seleção avançada para tolerância ao déficit hídrico em cana-de-açúcar. Os experimentos foram conduzidos na Estação Experimental da Embrapa Clima Temperado, em Pelotas, RS. Foi utilizado um total de 1853 plântulas para condução dos testes, obtidas a partir de sementes botânicas de 13 famílias de cana-de-açúcar, as quais foram submetidas ao déficit hídrico aos 70 dias após a emergência (DAE), com a suspensão da irrigação em ambiente controlado. Foram realizadas avaliações diárias do nível de tolerância utilizando uma escala de notas visuais desenvolvida neste estudo, com cinco classes de tolerância (nota 1 a 5), considerando como principais critérios de avaliação o enrolamento, a murcha e a descoloração foliar. A partir destas avaliações, foi estimada a tolerância ao déficit hídrico em plântula (TLP), expressa em dias sem irrigação (DSI), obtida a partir do número de dias que a plântula tolera até atingir nota visual de menor tolerância (nota 5). Após os testes na fase de plântulas, foram selecionados seis cruzamentos bi-parentais com maior nível de variabilidade e contraste para a variável TLP, conduzindo-se 380 plantas para as avaliações em fase adulta, realizada aos 250 DAE. Nesta etapa, foi realizada a suspensão da irrigação por sete dias, avaliando-se caracteres biométricos, fisiológicos e visuais de tolerância ao déficit hídrico. De acordo com a distribuição dos níveis de tolerância na fase de plântulas, foram definidas cinco classes de tolerância para a população em fase adulta, possibilitando as análises entre e dentro destes grupos para estimativa dos índices de coincidência e eficiência de seleção. Os resultados mostram alta variabilidade dentro e entre as famílias avaliadas, tanto na fase de plântulas como em fase adulta. A formação de classes de tolerância na fase de plântulas permitiu a diferenciação dos níveis de tolerância em fase adulta. Houve correlação positiva para tolerância ao déficit hídrico entre a fase de plântulas e fase adulta. A metodologia proposta permite a seleção avançada de genótipos de cana-de-açúcar visando à tolerância ao déficit hídrico, com índice de coincidência superior a 70,0% entre as fases de seleção. / Sugarcane is one of the main sources of energy and food, being distinguished by its multiple use and by-products obtained. In this context, the Rio Grande do Sul State (RS) represents an important region for derivatives production of this culture, linked mainly to family farming. The cultivation of sugarcane in RS is currently undergoing a phase of adoption of new varieties, replacing clones and old varieties, which generally present low yield and little tolerance to abiotic stresses. The objective of this work was to develop an advanced selection methodology for water deficit tolerance in sugarcane. The experiments were conducted at the Experimental Station of Embrapa Clima Temperado, in Pelotas, RS. A total of 1853 seedlings were used to conduct the tests, obtained from botanical seeds of 13 families of sugarcane, which were submitted to drought test at 70 days after emergence (DAE), with the suspension of irrigation in a controlled environment. Daily evaluations of the tolerance level were carried out using a scale of visual notes developed in this study, with five tolerance classes (note 1 to 5), considering foliar winding, wilting and discoloration as the main evaluation criteria. Based on these evaluations, the water deficit tolerance seedling (TLP), expressed in days without irrigation (DSI) was estimated from the number of days tolerated by the seedling until it reaches a visual score of lower tolerance (note 5). After the tests in the seedling phase, six bi-parental crosses with a higher level of variability and contrast for the TLP variable were selected, leading to 380 plants for the adult evaluations, performed at 250 DAE. In this stage, irrigation was suspended by seven days, after biometric, physiological and visual characteristics of water deficit tolerance were evaluated. According to the distribution of tolerance levels in the seedling phase, five tolerance classes were defined for the adult population, allowing the analysis between and within these groups to estimate the indexes of coincidence and selection efficiency. The results show high variability within and between the families evaluated, both in the seedling phase and in the adult phase. The formation of tolerance classes in the seedling phase allowed the differentiation of adult tolerance levels. There was a positive correlation for water deficit tolerance between the seedling and adult phases. The proposed methodology allows the advanced selection of sugarcane genotypes aiming water deficit tolerance, with coincidence index higher than 70.0% between the selection phases.

Considerando (1) a importância da bananicultura no Vale do Ribeira, (2) o destaque da Mata Atlântica no contexto da conservação da fauna e flora mundial, (3) a necessidade da adoção de práticas agrícolas alternativas mais eficientes do ponto de vista ambiental e econômico, (4) o papel dos hormônios etileno, acido indol-3-acético (AIA) e ácido abscísico (ABA) no contexto das respostas dos vegetais a diferentes condições ambientais e nos atributos de qualidade da banana, (5) a falta de metodologias otimizadas para a extração de compostos fenólicos solúveis totais (CFST) em bananeiras e (6) a importância do estudo da relação entre os CFST e fatores de estresse, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a influência da proximidade do fragmento florestal de Mata Atlântica com a área de cultivo da banana (Musa acuminata AAA cv. Nanicão) sobre o amadurecimento da fruta e os CFST em folhas de bananeiras, além de otimizar uma técnica para a extração destes últimos. Foi observado que bananas colhidas próxima ao fragmento florestal apresentam vida-verde (período compreendido entre a colheita do fruto e o início do seu amadurecimento) maior quando comparados a frutos com a mesma idade fisiológica, porém colhidos em áreas sem a influência da floresta nativa. Este fato pode ser explicado, pelo menos em parte, pela diferença nos perfis de etileno, ABA e AIA ao longo do amadurecimento das bananas provenientes das diferentes áreas, que também influenciam no metabolismo amido-sacarose. Quanto aos CFST nas folhas, foi observado que a utilização de acetona 80% em água (v/v) e posterior emprego de hexano para a remoção do excesso de clorofilas é capaz de obter um bom rendimento de extração de CFST, sem extrair compostos que interferem significativamente no método de Folin-Ciocalteu. Além disso, a utilização da metodologia otimizada mostrou que bananeiras podem apresentar diferenças na sua composição de fenólicos quando influenciadas ou não pela presença de biodiversidade. Assim, a avaliação dos CFST em folhas pode fornecer informações importantes sobre as condições ambientais da planta. / Considering (1) the importance of banana production in Ribeira Valley, (2) the Atlantic Rainforest in the context of fauna and flora conservation, (3) the need for the adoption of more sustainable agricultural practices, (4) the ethylene, indole 3-acetic acid and abscisic acid responses in acclimation mechanisms of plants and in the quality attributes of the banana, (5) the lack of methodologies optimized for the extraction of total soluble phenolics compounds (TSPC) in banana leaves and (6) the importance of the relationship between the TSPC content and stress factors, the present work aimed to evaluate the influence of the Atlantic Forest fragments proximity in the banana (Musa acuminata AAA cv. Nanicão) crop area on fruit ripening and leaves TSPC levels, using a optimized methodology. It was observed that bananas harvested near to the forest fragment presented a longest greenlife (period between the harvest and the climacteric) when compared with the fruits with the same phisiologycal age, but without the influence of the native forest. This fact can be explained, at least partly, by the difference on ethylene, ABA and IAA profiles in the ripening of bananas from the different areas, which also influence the starch-sucrose metabolism. Moreover, it was observed that the extraction with acetone (80% v/v in water) and posterior hexane cycle to remove chlorophylls excess was able to obtain a good TSPC extraction yield in leaves, without extracting compounds that interfere significantly with Folin-Ciocalteu method. In additional, the use of optimized methodology showed that bananas leaves can present different TSPC amount when influenced by the presence of native forest. Thus, the evaluation of leaves TSPC profile can provide important information about the environmental conditions of the plant.

Martínez Macías, F. (2015). Nuevos genes reguladores de la tolerancia a estrés abiótico en Arabidopsis [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/48560 / TESIS

Fortes chuvas e outros eventos climáticos podem afetar o fitness de plantas e insetos. Estudos recentes têm demonstrado que esses organismos são capazes de detectar súbitas variações da pressão barométrica que antecedem a condição climática adversa. Para os insetos, esta percepção é acompanhada de alterações comportamentais aparentemente adaptativas, como a redução do voo e chamamento para cópula. As plantas, por sua vez, respondem com a abertura dos estômatos, de maneira muito semelhante ao estresse hídrico, devido à ativação de rotas bioquímicas associadas ao ácido abscísico. O longo histórico co-evolutivo entre plantas e insetos herbívoros indica que alterações em um organismo reflete na resposta adaptativa do outro. Assim, mesmo que a variação na pressão barométrica afete apenas um dos organismos, a interação inseto-planta deve ser alterada, porém, esta abordagem nunca foi estudada. Utilizando como modelo o milho, Zea mays L. (Poales: Poaceae) e a lagarta-cartucho-do-milho, Spodoptera frugiperda (J.E. Smith, 1797) (Lepidoptera: Noctuidae), nós investigamos o desempenho alimentar do inseto e defesas induzidas de plantas intactas e com indução pela herbivoria frente a diferentes pressões barométricas. Para isso foram desenvolvidos dispositivos automatizados e os ensaios foram conduzidos dentro de uma câmara barométrica. As lagartas consumiram maiores áreas foliares em pressão baixa do que alta, porém o ganho de peso foi similar nas pressões testadas. Plantas intactas, danificadas pela lagarta e com aplicação do regurgito de S. frugiperda não produziram defesas induzidas pela pressão barométrica, apesar dos tratamentos com indução pelo herbívoro emitirem misturas mais complexa de voláteis comparado às plantas intactas. Além disso, plantas com indução mecânica apresentaram maiores níveis do fitohormônio ácido jasmônico. Nesse contexto, nós hipotetizamos que condições de estresse, como pressão baixa, aumentam o consumo foliar e taxa metabólica das lagartas, resultando em incremento de peso similar a condições não estressantes. Em contrapartida, plantas de milho aparentemente não utilizam a pressão como fator abiótico preditor de alterações climáticas e aumento de herbivoria. Para o melhor do nosso conhecimento, este foi o primeiro estudo a investigar os efeitos da pressão barométrica na interação planta-inseto herbívoro e os resultados obtidos podem repercutir na inclusão da pressão como fator que transmuta ensaios biológicos. / Severe raining and other climatic events can affect plant and insect\'s fitness. Recent studies have shown that these organisms are able to detect sudden barometric pressure variations that generally precede an adverse climatic condition. For insects, this perception is followed by behavioral modifications that are apparently adaptive, as, for instance, the reduction in flights and the calling for mating. Plants, in turn, respond with stomata opening, similar to hydric stress, once biochemical routes associated to the abscisic acid are activated. The historical co-evolutive process between plants and herbivore insects indicate that changes in one organism reflects in the adaptive responses of the other. In that sense, even if the fluctuation of the barometric pressure has direct effects in a single organism, the insect-plant interaction may be altered. However, this approach has never been examined. Taking as models maize plants, Zea mays L. (Poales: Poaceae), and the fall armyworm, Spodoptera frugiperda (J.E. Smith, 1797) (Lepidoptera: Noctuidae) we have investigated the feeding performance and induced defences of intact and herbivore-induced plants under different barometric pressures. For that, we developed automated devices and the assays were conducted inside of a barometric chamber. The fall armyworms larvae consumed greater leaf areas under low than high pressures, but the weight gain was similar among the pressures tested. Wound-induced maize did not displayed defenses by the barometric pressure changes, although the treatments with herbivore induction have emitted more complex volatiles blends when compared to intact maize. Besides that, plants with mechanical damage presented higher levels of the phytohormone jasmonic acid. In this context, we have hypothesized that stress conditions by low pressures increase the leaf area consumption by S. frugiperda, possibly associated to higher metabolic rates of armyworms, resulting in a weight gain similar to the non-stress conditions. On the other hand, corn plants apparently do not use the barometric pressure as an abiotic predictor of climatic changes and increase of herbivory. To the best of our knowlegde this is the first study investigating the barometrtic pressure effects on plant-herbivore insect interaction. Our results may potencially impact in the inclusion of pressure as factor that reshape biological assays.

[EN] The knowledge of the key genes which crucially affect the development and stress tolerance of plants is a very important task and indispensable for both, the basic and the applied research. The screening of populations of mutagenized plants permits the identification of mutants and, starting with their analysis, the identification of the genes responsible for a certain trait. Compared to alternative methods (e.g. chemical or physical mutagens) the insertional mutagenesis using T-DNA offers the additional advantage of labeling the altered gene with a piece of known sequence that will facilitate its identification and cloning. On the other hand, the tomato is one of the world¿s economically most important vegetables which over the last few years also gained the status of a model organism for certain traits. In order to identify the relevant genes involved in the response of plants to abiotic stresses and processes related to the vegetative and reproductive development, our laboratory performs in collaboration with Dr. Lozano¿s (University of Almería) and Dr- Bolarín¿s (CEBAS-Murcia) groups a project of insertional mutagenesis in tomato and related wild species, among them Solanum pennellii. The present PhD-thesis is embedded in this context and aims to create a collection of transgenic plants of S. pennellii, design new methods helpful for evaluating the tolerance to salt stress, the identification of traits related to water or salt stress and screen several lines of S. lycopersicum which were pre-selected for showing different aberrations that could be related to the tolerance to abiotic stresses. By tackling these tasks it was possible to obtain the following results. After obtaining more than two thousand diploid transgenic lines of S. pennellii, 887 of them were screened with the different systems developed for detecting mutant plants. Two of the methods designed were based on in vitro culture and one for the short-term evaluation in vivo. With the latter one a total of 68 tomato lines were screened and among them a mutant with alterations in its development which could be interesting for its relation to abiotic stress tolerance identified. In the collection of S. pennellii several plants showing phenotypes with different alterations were detected. Three of them received an advanced examination and it was possible to identify and clone the affected gene in one case. The detected mutants as much as the developed technologies are of great value for deepening the understanding of the processes related to abiotic stress tolerance in a crop with the outstanding importance of the tomato. / [ES] El conocimiento de los genes clave que afectan al desarrollo de las plantas y su tolerancia a estreses abióticos es un aspecto muy importante, tanto desde un punto de vista básico como aplicado. El escrutinio de poblaciones de plantas mutagenizadas permite la identificación de mutantes y, a partir de ellos, conocer los genes responsables de un carácter concreto. Cuando se compara con otras alternativas metodológicas (mutágenos químicos o físicos) la mutagénesis insercional con T-DNA aporta una ventaja adicional, ya que si el gen queda etiquetado por un fragmento de ADN de secuencia conocida su identificación y clonación es más sencilla. Por otro lado, el tomate es una de las especies con mayor importancia económica a nivel mundial que, en los últimos tiempos, se ha considerado también como especie modelo para el estudio de determinados caracteres. Para lograr la identificación de genes clave en la respuesta de las plantas a los estreses de tipo abiótico y en procesos del desarrollo tanto vegetativo como reproductivo, en nuestro laboratorio se está abordando, en colaboración con los grupos del Dr. Lozano (Universidad de Almería) y de la Dra. Bolarín (CEBAS - Murcia), un proyecto de mutagénesis insercional con tomate y especies silvestres relacionadas, entre ellas Solanum pennellii. La tesis doctoral presente se enmarca en este contexto y tiene como objetivos la creación de una colección de plantas transgénicas de S. pennellii, el diseño de nuevos métodos aptos para evaluar la tolerancia al estrés salino, la identificación de caracteres relacionados con el estrés hídrico o salino y el escrutinio de algunas líneas de S. lycopersicum pre-seleccionadas por mostrar diferentes alteraciones que puedan estar relacionadas con la tolerancia a estreses de tipo abiótico. Tras abordar estos objetivos se han obtenido los siguientes resultados. Tras obtener más de dos mil líneas transgénicas diploides de Solanum pennellii se han evaluado 887 líneas con los diferentes sistemas de identificación de mutantes diseñados. Dos de los métodos de evaluación diseñados se basaron en el cultivo in vitro y uno en un sistema de cultivo in vivo a corto plazo. Además, con esta última metodología se evaluaron 68 líneas de tomate entre las que se identificó un mutante de desarrollo de elevado interés por su relación con la tolerancia a estreses abióticos. Entre las líneas de Solanum pennellii analizadas se han identificado fenotipos con distintas alteraciones. En tres de estas líneas se llevó a cabo una evaluación más avanzada llegando a identificar y clonar el gen afectado en una de ellas. Tanto los mutantes identificados como las metodologías desarrolladas son de gran valor para seguir profundizando en los procesos relacionados con la tolerancia a estreses abióticos en una especie tan importante como el tomate. / [CA] El coneixement dels gens clau que afecten al desenvolupament de les plantes i la seua tolerància a estressos abiòtics és un aspecte molt important, des d'un punt de vista bàsic com a aplicat. L'escrutini de poblacions mutagenitzades de plantes permet la identificació de mutants i a partir d'ells conèixer els gens d'un caràcter concret. Quan es compara amb altres alternatives metodològiques (mutàgens físics o químics) la mutagènesi amb T-DNA aporta un avantatge addicional, ja que al tindre el gen un fragment etiquetat pel T-DNA de seqüència coneguda la seua identificació i clonació és més senzilla. D'altra banda, la tomaca és una de las espècies de major importància econòmica a nivell mundial que, en els últims temps, s'ha considerat també una espècie model per a l'estudi de determinats caràcters. Per a aconseguir la identificació de gens clau en la resposta de les plantes a estressos abiòtics i processos de desenvolupament tant vegetatiu com reproductiu, en el nostre laboratori s'està abordant amb col·laboració amb els grups del Dr. Lozano (Universitat d'Almeria) i la Dra. Bolarín (CEBAS-Murcia), un projecte de mutagènesi insercional amb tomaca i espècies silvestres relacionades, entre elles Solanum pennellii. La tesi doctoral s'emmarca en aquest context i té com a objectius la creació d'una col·lecció de plantes transgèniques de Solanum pennellii, el disseny de nous mètodes aptes per a avaluar la tolerància a l'estrès salí, la identificació de caràcters relacionats amb l'estrès hídric i salí, l'escrutini d'algunes línies de S. lycopersicum pre-seleccionades per mostrar diferents alteracions que puguen estar relacionades amb la tolerància a estressos de tipus abiòtic. En abordar estos objectius s'han obtingut els següents resultats. Després d'obtindre més de dos mil línies transgèniques diploides de Solanum pennellii s'han avaluat 821 línies amb els diferents sistemes d'identificació de mutants dissenyats. Dos dels mètodes d'avaluació dissenyats es basaren en el cultiu in vitro i un en un sistema de cultiu in vivo a curt termini. A més, amb aquesta última metodologia s'avaluaren 68 línies de tomaca entre les quals s'identificà un mutant de desenvolupament d'elevat interès per la seua relació amb la tolerància a estressos abiòtics. Entre les línies de Solanum pennellii analitzades s'han identificat fenotipus amb diferents alteracions. En tres d'estes línies es va dura a terme una avaluació més avançada arribant a identificar el gen afectat en una de les línies. Tant els mutants identificats com les metodologies desenvolupades són de gran valor per a seguir aprofundint en els processos relacionats amb la tolerància a estressos abiòtics en una espècie tan important como la tomaca. / Schleicher, P. (2017). Mutagenesis insercional en tomate y Solanum pennellii: Identificación de mutantes en inserción alterados en el desarrollo y la tolerancia a la salinidad [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/81860

La radiación solar es la fuente de energía primordial para la subsistencia de la vida sobre el planeta. Las plantas, responsables de la conversión de la luz en energía química a través de la fotosíntesis, no solo tienen que utilizar la energía solar para subsistir, sino que además deben lidiar con un exceso de energía de excitación (EEE). El EEE conduce a la formación de especies reactivas de oxígeno (ROS) potencialmente dañinas para las biomoléculas. La generación de ROS dependiente de la luz se conoce como estrés fotoxidativo. Esta situación se suele observar en las regiones semiáridas como el Alto Valle de Río Negro y Neuquén, donde los cultivos están sometidos a condiciones de alta radiación solar. En manzano (Malus domestica Borkh.) se han registrado hasta un 40 % de pérdida en la producción debido al asoleado de los frutos, producto del estrés fotoxidativo. El adecuado funcionamiento de la etapa fotoquímica de la fotosíntesis, así como la disipación del EEE a través de mecanismos fotoprotectores y el sistema antioxidante son fundamentales para evitar el daño fotoxidativo. Estos procesos requieren de nutrientes minerales esenciales, como el Mg para la adecuada disipación de energía en el PSII, y de Zn al ser cofactor de enzimas del sistema antioxidante. El objetivo general de la presente tesis fue estudiar el efecto de la alta radiación solar en plantas de manzano, daño fotoxidativo, y la influencia del estatus nutricional de Mg y Zn en la reducción del estrés, ya sea al incrementar la disipación de energía o a través de la promoción del sistema antioxidante. Los ensayos se llevaron a cabo en plantas de manzano adultas en plena producción. El material vegetal estudiado fueron hojas y frutos expuestos y no expuestos a la radiación solar directa. Se estudió el funcionamiento de la etapa fotoquímica a través de la fluorescencia directa de la clorofila a. En este experimento se observó que la etapa fotoquímica es afectada en condiciones de alta radiación solar en hojas y frutos expuestos, presentando mayor daño fotoxidativo y degradación de clorofila que las hojas y frutos no expuestos respectivamente. El crecimiento de los frutos redujo su capacidad fotoquímica. La exposición abrupta al sol produjo más daño oxidativo en los frutos en estadios tempranos y medios. En los ensayos con plantas deficientes de Mg se observó menor contenido de clorofila, menor tasa fotosintética y por ende una menor capacidad de procesar químicamente la luz. A niveles productivos se observó un 16 % más de frutos asoleados con respecto a las plantas no deficientes de Mg. En los ensayos con aplicaciones foliares de Zn se observó un incremento en el contenido de los pigmentos fotosintéticos y en la capacidad antioxidante de las hojas expuestas a la radiación solar, debido al aumento de la actividad de la enzima superóxido dismutasa. Por lo tanto, plantas de manzano con un adecuado nivel de Mg y Zn nutricional estarían mejor preparadas para soportar climas áridos con altos niveles de radiación solar. Los resultados obtenidos en esta tesis permitieron generar información con respecto a la fisiología de las plantas de manzano en situación de estrés por alta radiación solar en el Alto Valle de Río Negro que podría ser considerada para el manejo del cultivo. / Solar radiation is the main energy source for life subsistence on the planet. Plants, responsible for the conversion of light into chemical energy through photosynthesis, not only have to use solar energy to survive, but also must deal with an excess of excitation energy (EEE). The EEE leads to the formation of reactive oxygen species (ROS) potentially harmful to biomolecules. Light dependent ROS generation is known as photoxidative stress. This situation is frequently observed in semi-arid regions such as Alto Valle de Río Negro and Neuquén, where crops grow under high solar radiation conditions. Up to 40% of production loss has been recorded in apple crops (Malus domestica Borkh.) due to fruit sunburn caused by photoxidative stress. Photochemical stage of photosynthesis, as well as EEE dissipation through photoprotective mechanisms and antioxidant system, play a fundamental role in preventing photoxidative damage. These processes require essential mineral nutrients, such as Mg for the adequate energy dissipation in the PSII, and Zn as antioxidant enzymes cofactor. The main objective of this thesis was to study the effect of high solar radiation on apple plants, photoxidative damage, and influence of Mg and Zn nutritional status on stress alleviation, either by increasing energy dissipation or by promoting the antioxidant system. The tests were carried out in adult apple plants. Leaves and fruits exposed and not exposed to direct solar radiation were studied. Photochemical photosynthesis stage was studied through chlorophyll a fluorescence. Photochemical stage was affected by high solar radiation in exposed leaves and fruits, presenting greater oxidative damage and chlorophyll degradation than not exposed leaves and fruits. Fruit growth reduced their photochemical capacity. Suddenly sun exposed fruits presented more oxidative damage at early and mid-growth stages. Mg deficient plants showed lower chlorophyll content, lower photosynthetic rate and therefore a lower capacity to chemically process light. At harvest sunburn fruits was 16% greater respect to non-deficient Mg plants. Zn foliar sprays increased photosynthetic pigments content and antioxidant capacity of sun exposed leaves, with an increase in superoxide dismutase enzyme activity. Therefore, apple plants with adequate Mg and Zn nutritional status could be more prepared to withstand high solar radiation in arid zones. The results obtained in this thesis generated information regarding apple trees physiology under high solar radiation stress in Alto Valle of Río Negro that could be considered for crop management.

Nos últimos 100 anos, a temperatura média global aumentou aproximadamente 0,6ºC e deverá continuar a subir a uma taxa rápida podendo atingir 2ºC. No entanto, não se sabe como as plantas responderão a essa mudança climática, pois existem poucas informações sobre as respostas fisiológicas das plantas a incrementos de temperatura. Este trabalho tem por objetivo avaliar os efeitos de duas condições luminosas e duas condições de temperatura (com interação entre eles), em perspectiva futura, sobre o comportamento morfológico, fisiológico e bioquímico de quatro espécies da Floresta Mesófila Semidecídua: Aspidosperma cylindrocarpon e Aspidosperma polyneuron (Apocynaceae); Cariniana estrellensis e Cariniana legalis (Lecythidaceae). As plantas foram submetidas aos seguintes tratamentos: 100% de radiação e temperatura ambiente (100%RTA), 100% de radiação e temperatura elevada em +2ºC (100%RTE), 20% de radiação (por sombreamento) e temperatura ambiente (20%RTA), e 20% de radiação e temperatura elevada em +2ºC (20%RTE). Aspidosperma polyneuron apresentou-se como a espécie mais sensível a radiação intensa, seguida de C. legalis ambas já ameaçadas de extinção. Os parâmetros morfológicos confirmam a teoria de que plantas cronicamente fotoinibidas continuam crescendo, porém, em menores taxas. Os dados bioquímicos reforçam os fisiológicos mostrando fragilidade das espécies secundárias à radiação intensa e os efeitos principalmente negativos do aquecimento aplicado. / In the last 100 years the average global temperature increased by 0.6ºC and it might increase in a fast rate reaching up to 2ºC. However, little is known about how plants might respond to the climate change because there is not enough information about the physiological alterations plants might suffer due to increased temperature. We evaluated morphological, physiological and biochemical alterations under the effects of two light/temperature conditions and its interactions in four different plant species of the Semideciduous Mesophitic Forest: Aspidosperma cylindrocarpon and Aspidosperma polyneuron (Apocynaceae); Cariniana estrellensis and Cariniana legalis (Lecythidaceae). All plants suffered the following treatments: 100% radiation and environment temperature (100%RTA), 100% radiation and environment temperature +2ºC (100%RTE), 20% radiation (shade) and environment temperature (20%RTA), and 20% radiation (shade) and environment temperature +2ºC (20%RTE). Aspidosperma polyneuron was shown to be the most sensible specie to high radiation, followed by C. legalis, both threatened with extinction. Morphological parameters confirmed the theory that chronically photo-inhibited plants keep growing, but at lower rates. Biochemical findings also confirmed our physiological data showing increased fragility of the secondary species to high radiation and heating.

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A restrição hídrica afeta diretamente o metabolismo das plantas, como por exemplo, a diminuição da taxa assimilatória líquida, o fechamento estomático, a utilização e partição de carboidratos e em nível molecular, a expressão de genes relacionados ao déficit hídrico. Desta forma, este trabalho visou caracterizar respostas diferenciais à nível fisiológico e molecular em plantas do gênero Prunus persica enxertadas sobre diferentes portaenxertos submetidas ao déficit hídrico, a fim de auxiliar na escolha de genótipos mais tolerantes à essa condição hídrica. O trabalho foi dividido em três experimentos, no primeiro, foram avaliados os parâmetros das trocas gasosas da cultivar copa Chimarrita enxertada sobre cinco diferentes portaenxertos (Tsukuba 1, Tsukuba 2, Tsukuba 3, Aldrighi 1 e Seleção UFPel 0402) submetidos ao déficit hídrico, com esquema fatorial: 2 x 8, sendo duas condições hídricas (controle e déficit hídrico) e oito dias de avaliação (0, 1º, 2º, 3º, 4º, 6º, 7º e 9º, sendo os dois últimos, período de recuperação: 24h e 72h, respectivamente). As diferentes combinações de portaenxertos com a cultivar copa Chimarrita, demonstraram comportamento fisiológico diferencial para a tolerância inicial ao déficit hídrico. A combinação „Chimarrita‟/Adrighi 1‟ apresentou-se com uma maior de tolerância inicial ao déficit hídrico. A redução da taxa assimilatória líquida perante o déficit hídrico não está relacionada principalmente à limitação estomática, sugerindo-se que ocorrem também limitações não estomáticas. No segundo experimento, objetivou-se analisar genes normalizadores para estudos de expressão gênica através da técnica de RT-qPCR em folhas de „Chimarrita‟, enxertadas sobre „Aldrighi 1‟ e „Tsukuba 2‟ submetidos ao déficit hídrico por um período de nove dias. Não houve influência das diferentes combinações „Chimarrita‟/portaenxertos para expressão dos genes normalizadores nas condições impostas do presente estudo, sendo os genes TUA e CYP2 considerados os mais adequados mediante as condições impostas. Por outro lado, os genes Ef-1α e ACT foram os menos indicados para as mesmas condições. No terceiro experimento, objetivou-se verificar através da técnica de RT-qPCR a expressão de sete genes-chave envolvidos no processo de resposta ao déficit hídrico em folhas de pessegueiro cultivar copa „Chimarrita‟ enxertadas sobre os portaenxertos „Aldrighi 1‟ e „Tsukuba 2‟. Os resultados demonstraram que houve indução de resposta diferencial da combinação „Chimarrita‟/portaenxertos em relação à expressão dos genes envolvidos no metabolismo do ajustamento osmótico, tais como, SDH, SIP1 GTL e P5SC. O gene S6PDH, apresentou expressão bastante pronunciada e similar para ambas as combinações copa/portaenxertos no quarto dia de estresse, evidenciando a participação e importância do sorbitol no ajustamento osmótico para uma possível tolerância ao déficit hídrico. No entanto, expressão dos genes relacionados ao metabolismo de sorbitol e de prolina, podem ser utilizados como marcadores moleculares para tolerância ao déficit hídrico em portaenxertos de Prunus persica. / Fruit growing is an important component of Brazilian agribusiness, assuming increasing prominence in the Rio Grande do Sul, mainly in the southern region of this state.This region stands out as the largest holder of the production of peaches in Brazil, but also has the lowest average productivity of the orchards when compared to other states. This is mainly the soil and climatic conditions of the region, where there is presence of soils with horizon 'A' superficial and with drainage problem, which depending on the time of year, may suffer water stress situations at critical periods for culture, impairing development and productivity of the same. Water restriction intake directly affects the metabolism of plants, such as the decrease in net assimilation rate, stomatal closure, use and carbohydrates partition and molecular level the expression of genes related to drought. Therefore, this study aimed to characterize differential responses to physiological and molecular level in the genus Prunus persica plants, grafted on different rootstocks subjected to water stress in order support choose the most tolerant to this condition water. The work was divided into three experiments, the first evaluated the parameters of gas exchange of the cultivar cup Chimarrita grafted on five different rootstocks (Tsukuba 1, Tsukuba 2, Tsukuba 3, Aldrighi 1 and Seleção UFPel 0402) submitted to water deficit, with factorial design: 2 x 8, two water conditions (control and water deficit ) and eight days of evaluations (0, 1, 2, 3, 4, 6, 7 and 9, the latter two, recovery time: 24 hours and 72 hours respectively). The different combinations of rootstocks with the cultivar cup Chimarrita demonstrated physiological performance differential for initial tolerance to water deficit. The combination 'Chimarrita'/Aldrighi 1 'presented with an initial greater tolerance to water deficit. The reduced net assimilation rate before the water deficit is not related mainly to stomatal limitation, suggesting that also occur not stomatal limitations. The second experiment aimed to analyze normalizing genes for gene expression studies by RT- qPCR technique in leaves 'Chimarrita' grafted on 'Aldrighi 1' and 'Tsukuba 2' and subjected to water stress for a period of nine days. There was no influence of different combinations 'Chimarrita'/rootstocks for normalizing gene expression of the imposed conditions of this study, and the TUA and CYP2 genes considered best suited by the conditions imposed. However, the EF-1α gene and the ACT less suitable for the same conditions. In the third experiment aimed to verify through RT- qPCR technique the expression of seven key genes involved in the response process to water deficit in peach leaves cultivar cup 'Chimarrita' grafted on rootstocks „Aldrighi 1' and „Tsukuba 2'. The results showed induction differential response of the combination 'Chimarrita'/rootstocks compared to the expression of genes involved in the metabolism of the osmotic adjustment, such as SDH, SIP1, GTL and P5SC. The S6PDH gene, presented quite pronounced and similar expression for both compounds canopy/rootstocks on the fourth day of stress, suggesting a participation and importance of sorbitol in osmotic adjustment for possible tolerance to water deficit. However, expression of genes related to the metabolism of sorbitol and proline, can be used as molecular markers for tolerance to water deficit in rootstocks of Prunus persica.