CUNHA, Juliana Ribeiro. Resposta antioxidante de raízes de arroz deficientes em peroxidases de ascorbato do citosol aos estresses salino e osmótico. 2014. 73 f. Dissertação (Mestrado de Bioquímica) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2014. / Submitted by Eric Santiago (erichhcl@gmail.com) on 2016-06-01T12:29:58Z No. of bitstreams: 1 2014_dis_jrcunha.pdf: 1279314 bytes, checksum: a28bd01afc552e65a95fd7899e549097 (MD5) / Approved for entry into archive by José Jairo Viana de Sousa (jairo@ufc.br) on 2016-07-12T23:28:08Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_dis_jrcunha.pdf: 1279314 bytes, checksum: a28bd01afc552e65a95fd7899e549097 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-12T23:28:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_dis_jrcunha.pdf: 1279314 bytes, checksum: a28bd01afc552e65a95fd7899e549097 (MD5) Previous issue date: 2014 / Salt and osmotic stresses are responsible for significant losses in agriculture, particularly in semiarid regions. In such conditions, roots are the first plant organ in contact with the stress and are responsible for perception and signaling. In leaves, cytosolic ascorbate peroxidases (APX) are the main isoforms involved with antioxidative defence against H2O2 excess and signaling under stressful conditions. Nevertheless, such metabolic mechanisms in roots are still unknown. The aim of this study was to test the hypothesis that cytosolic APX isoforms are essential to antioxidant protection in rice roots exposed to salt and osmotic stresses. To test this hypothesis, rice mutants double silenced for cytosolic APXs (APX1/2) and non-transformed plants, both with 45 day-old, were submitted to two stressful treatments: (1) NaCl and mannitol in iso-osmotic concentrations (-0.62MPa) for eight days and (2) mannitol 268 mM (-0.62MPa) for two days. In mutant plants, OsAPX1 and OsAPX2 transcript amounts (RNAs) were reduced by 90% whereas both protein abundance measured by Western blotting were not detectable. Under control conditions, total APX activity was reduced by 66% in comparison with NT plants, showing that the silencing was effective in roots. In APX1/2 roots, H2O2 level was increased by 51% as a consequence of APX1/2 silencing. Both stresses affected similarly root and shoot growing compared with NT. Membrane damage was increased at the same level in both genotypes and in both stresses, showing that APX1/2 were as sensible as NT plants. In NT roots, OsAPX1 and OsAPX2 transcript amounts was slightly increased by NaCl and mannitol whereas only NaCl increased APX activity. Under salt stress, both genotypes increased other APX isoforms, especially OsAPX3, OsAPX5 and OsAPX8. These increases were correlated with the increased APX activity. In addition, other peroxidases (GPX and GPOD) displayed the same trend as APX, increasing their activity in response to NaCl. On the other hand, mannitol induced a prominent increase in catalase activity in NT plants, while in APX1/2 plants CAT activity did not changed. The H2O2 content was increased in both genotypes exposed to mannitol treatments, and was reduced for NaCl. TBARS level was not altered in the presence of both stresses for both genotypes. This study shows that rice plants exposed to salt or osmotic stresses display complex responses regarding to redox metabolism. Apparently, both cytosolic APXs are not essential to antioxidative protection, since mutant plants presented similar physiological performance to NT plants. The responses to both stresses, NaCl and mannitol, were contrasting for both genotypes, suggesting that different mechanisms of antioxidative protection were triggered for each different stress condition. / Os estresses salino e osmótico são responsáveis por perdas significativas na produção agrícola, particularmente nas regiões semiáridas. Nessas condições, a raiz é o órgão da planta que sofre os primeiros efeitos e é responsável pela percepção e sinalização bioquímica dos estresses. Em folhas, as peroxidases do ascorbato do citosol são as principais isoformas envolvidas com a proteção antioxidativa contra o excesso de H2O2 e são também relacionadas na sinalização em condições de estresses. Entretanto, esses mecanismos de ação em raízes são pouco conhecidos. O objetivo deste estudo foi testar a hipótese de que as APXs citosólicas são essenciais para a proteção antioxidativa de raízes de arroz expostas às condições de estresse salino e osmótico. Para isso, plantas transgênicas silenciadas nas duas isoformas de APXs citosólicas (APX1/2) e plantas não transformadas (45 dias de idade) foram expostas a duas condições de estresse: (1) NaCl e manitol em concentrações iso-osmóticas (-0,62 MPa) durante oito dias e (2) manitol 268 mM (-0,62 MPa) por dois dias. Em plantas silenciadas, a quantidade de transcritos (RNAs) de OsAPX1 e OsAPX2 foi reduzida em 90% enquanto que a abundância das duas proteínas mensurada por western blotting não foi detectável. A atividade total de APX foi diminuída em 66% em comparação com as NTs na condição controle, evidenciando que o silenciamento foi efetivo nas raízes. Como consequência da deficiência das APX1/2, o nível de H2O2 foi aumentado em 51% comparado com as NTs. Ambos os estresses afetaram de modo similar o crescimento da raiz e parte aérea das APX1/2, em comparação com as plantas não transformadas (NT). Os valores de danos de membrana nas raízes foram aumentados na mesma intensidade nos dois genótipos e nos dois tipos de estresses, indicando que as APX1/2 apresentaram mesma sensibilidade aos estresses estudados. Nas plantas NT, as quantidades de transcritos de OsAPX1 e OsAPX2 foram aumentadas discretamente por NaCl e manitol enquanto que a atividade de APX foi aumentada somente pelo NaCl. As plantas APX1/2 mostraram a mesma tendência das NTs quanto a expressão e atividade de APX. O aumento na quantidade relativa dos transcritos das outras isoformas de APX, principalmente de OsAPX3, OsAPX5 e OsAPX8, em ambos os genótipos sob estresse salino, foi correlacionado com o aumento da atividade da APX. Além disso, outras peroxidases (GPX e GPOD) apresentaram a mesma tendência de aumento de atividade apenas sob estresse salino. Diferentemente, manitol induziu um aumento proeminente na atividade de catalase nas plantas NT enquanto que nas APX1/2 essa enzima já apresentava atividade aumentada antes do estresse e permaneceu no mesmo nível. As concentrações de H2O2 foram aumentadas intensamente por manitol e reduzidas na presença de NaCl. O nível de TBARS (indicador de peroxidação lipídica) foi mantido inalterado na presença dos dois estresses e nos dois tipos de plantas. Os resultados deste estudo, quando analisados em conjunto, mostram que raízes de arroz expostas aos estresses salino e osmótico exibiram respostas complexas em termos de metabolismo redox. Aparentemente, as duas APXs citosólicas não são essenciais para a proteção antioxidativa, uma vez que as plantas mutantes apresentaram uma performance fisiológica semelhante as plantas NT. As respostas aos dois fatores de estresse, NaCl e manitol, foram contrastantes nos dois genótipos, sugerindo que diferentes mecanismos de proteção antioxidante foram acionados para cada tipo de estresse.

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Os estresses salino e osmÃtico sÃo responsÃveis por perdas significativas na produÃÃo agrÃcola, particularmente nas regiÃes semiÃridas. Nessas condiÃÃes, a raiz à o ÃrgÃo da planta que sofre os primeiros efeitos e à responsÃvel pela percepÃÃo e sinalizaÃÃo bioquÃmica dos estresses. Em folhas, as peroxidases do ascorbato do citosol sÃo as principais isoformas envolvidas com a proteÃÃo antioxidativa contra o excesso de H2O2 e sÃo tambÃm relacionadas na sinalizaÃÃo em condiÃÃes de estresses. Entretanto, esses mecanismos de aÃÃo em raÃzes sÃo pouco conhecidos. O objetivo deste estudo foi testar a hipÃtese de que as APXs citosÃlicas sÃo essenciais para a proteÃÃo antioxidativa de raÃzes de arroz expostas Ãs condiÃÃes de estresse salino e osmÃtico. Para isso, plantas transgÃnicas silenciadas nas duas isoformas de APXs citosÃlicas (APX1/2) e plantas nÃo transformadas (45 dias de idade) foram expostas a duas condiÃÃes de estresse: (1) NaCl e manitol em concentraÃÃes iso-osmÃticas (-0,62 MPa) durante oito dias e (2) manitol 268 mM (-0,62 MPa) por dois dias. Em plantas silenciadas, a quantidade de transcritos (RNAs) de OsAPX1 e OsAPX2 foi reduzida em 90% enquanto que a abundÃncia das duas proteÃnas mensurada por western blotting nÃo foi detectÃvel. A atividade total de APX foi diminuÃda em 66% em comparaÃÃo com as NTs na condiÃÃo controle, evidenciando que o silenciamento foi efetivo nas raÃzes. Como consequÃncia da deficiÃncia das APX1/2, o nÃvel de H2O2 foi aumentado em 51% comparado com as NTs. Ambos os estresses afetaram de modo similar o crescimento da raiz e parte aÃrea das APX1/2, em comparaÃÃo com as plantas nÃo transformadas (NT). Os valores de danos de membrana nas raÃzes foram aumentados na mesma intensidade nos dois genÃtipos e nos dois tipos de estresses, indicando que as APX1/2 apresentaram mesma sensibilidade aos estresses estudados. Nas plantas NT, as quantidades de transcritos de OsAPX1 e OsAPX2 foram aumentadas discretamente por NaCl e manitol enquanto que a atividade de APX foi aumentada somente pelo NaCl. As plantas APX1/2 mostraram a mesma tendÃncia das NTs quanto a expressÃo e atividade de APX. O aumento na quantidade relativa dos transcritos das outras isoformas de APX, principalmente de OsAPX3, OsAPX5 e OsAPX8, em ambos os genÃtipos sob estresse salino, foi correlacionado com o aumento da atividade da APX. AlÃm disso, outras peroxidases (GPX e GPOD) apresentaram a mesma tendÃncia de aumento de atividade apenas sob estresse salino. Diferentemente, manitol induziu um aumento proeminente na atividade de catalase nas plantas NT enquanto que nas APX1/2 essa enzima jà apresentava atividade aumentada antes do estresse e permaneceu no mesmo nÃvel. As concentraÃÃes de H2O2 foram aumentadas intensamente por manitol e reduzidas na presenÃa de NaCl. O nÃvel de TBARS (indicador de peroxidaÃÃo lipÃdica) foi mantido inalterado na presenÃa dos dois estresses e nos dois tipos de plantas. Os resultados deste estudo, quando analisados em conjunto, mostram que raÃzes de arroz expostas aos estresses salino e osmÃtico exibiram respostas complexas em termos de metabolismo redox. Aparentemente, as duas APXs citosÃlicas nÃo sÃo essenciais para a proteÃÃo antioxidativa, uma vez que as plantas mutantes apresentaram uma performance fisiolÃgica semelhante as plantas NT. As respostas aos dois fatores de estresse, NaCl e manitol, foram contrastantes nos dois genÃtipos, sugerindo que diferentes mecanismos de proteÃÃo antioxidante foram acionados para cada tipo de estresse. / Os estresses salino e osmÃtico sÃo responsÃveis por perdas significativas na produÃÃo agrÃcola, particularmente nas regiÃes semiÃridas. Nessas condiÃÃes, a raiz à o ÃrgÃo da planta que sofre os primeiros efeitos e à responsÃvel pela percepÃÃo e sinalizaÃÃo bioquÃmica dos estresses. Em folhas, as peroxidases do ascorbato do citosol sÃo as principais isoformas envolvidas com a proteÃÃo antioxidativa contra o excesso de H2O2 e sÃo tambÃm relacionadas na sinalizaÃÃo em condiÃÃes de estresses. Entretanto, esses mecanismos de aÃÃo em raÃzes sÃo pouco conhecidos. O objetivo deste estudo foi testar a hipÃtese de que as APXs citosÃlicas sÃo essenciais para a proteÃÃo antioxidativa de raÃzes de arroz expostas Ãs condiÃÃes de estresse salino e osmÃtico. Para isso, plantas transgÃnicas silenciadas nas duas isoformas de APXs citosÃlicas (APX1/2) e plantas nÃo transformadas (45 dias de idade) foram expostas a duas condiÃÃes de estresse: (1) NaCl e manitol em concentraÃÃes iso-osmÃticas (-0,62 MPa) durante oito dias e (2) manitol 268 mM (-0,62 MPa) por dois dias. Em plantas silenciadas, a quantidade de transcritos (RNAs) de OsAPX1 e OsAPX2 foi reduzida em 90% enquanto que a abundÃncia das duas proteÃnas mensurada por western blotting nÃo foi detectÃvel. A atividade total de APX foi diminuÃda em 66% em comparaÃÃo com as NTs na condiÃÃo controle, evidenciando que o silenciamento foi efetivo nas raÃzes. Como consequÃncia da deficiÃncia das APX1/2, o nÃvel de H2O2 foi aumentado em 51% comparado com as NTs. Ambos os estresses afetaram de modo similar o crescimento da raiz e parte aÃrea das APX1/2, em comparaÃÃo com as plantas nÃo transformadas (NT). Os valores de danos de membrana nas raÃzes foram aumentados na mesma intensidade nos dois genÃtipos e nos dois tipos de estresses, indicando que as APX1/2 apresentaram mesma sensibilidade aos estresses estudados. Nas plantas NT, as quantidades de transcritos de OsAPX1 e OsAPX2 foram aumentadas discretamente por NaCl e manitol enquanto que a atividade de APX foi aumentada somente pelo NaCl. As plantas APX1/2 mostraram a mesma tendÃncia das NTs quanto a expressÃo e atividade de APX. O aumento na quantidade relativa dos transcritos das outras isoformas de APX, principalmente de OsAPX3, OsAPX5 e OsAPX8, em ambos os genÃtipos sob estresse salino, foi correlacionado com o aumento da atividade da APX. AlÃm disso, outras peroxidases (GPX e GPOD) apresentaram a mesma tendÃncia de aumento de atividade apenas sob estresse salino. Diferentemente, manitol induziu um aumento proeminente na atividade de catalase nas plantas NT enquanto que nas APX1/2 essa enzima jà apresentava atividade aumentada antes do estresse e permaneceu no mesmo nÃvel. As concentraÃÃes de H2O2 foram aumentadas intensamente por manitol e reduzidas na presenÃa de NaCl. O nÃvel de TBARS (indicador de peroxidaÃÃo lipÃdica) foi mantido inalterado na presenÃa dos dois estresses e nos dois tipos de plantas. Os resultados deste estudo, quando analisados em conjunto, mostram que raÃzes de arroz expostas aos estresses salino e osmÃtico exibiram respostas complexas em termos de metabolismo redox. Aparentemente, as duas APXs citosÃlicas nÃo sÃo essenciais para a proteÃÃo antioxidativa, uma vez que as plantas mutantes apresentaram uma performance fisiolÃgica semelhante as plantas NT. As respostas aos dois fatores de estresse, NaCl e manitol, foram contrastantes nos dois genÃtipos, sugerindo que diferentes mecanismos de proteÃÃo antioxidante foram acionados para cada tipo de estresse. / Salt and osmotic stresses are responsible for significant losses in agriculture, particularly in semiarid regions. In such conditions, roots are the first plant organ in contact with the stress and are responsible for perception and signaling. In leaves, cytosolic ascorbate peroxidases (APX) are the main isoforms involved with antioxidative defence against H2O2 excess and signaling under stressful conditions. Nevertheless, such metabolic mechanisms in roots are still unknown. The aim of this study was to test the hypothesis that cytosolic APX isoforms are essential to antioxidant protection in rice roots exposed to salt and osmotic stresses. To test this hypothesis, rice mutants double silenced for cytosolic APXs (APX1/2) and non-transformed plants, both with 45 day-old, were submitted to two stressful treatments: (1) NaCl and mannitol in iso-osmotic concentrations (-0.62MPa) for eight days and (2) mannitol 268 mM (-0.62MPa) for two days. In mutant plants, OsAPX1 and OsAPX2 transcript amounts (RNAs) were reduced by 90% whereas both protein abundance measured by Western blotting were not detectable. Under control conditions, total APX activity was reduced by 66% in comparison with NT plants, showing that the silencing was effective in roots. In APX1/2 roots, H2O2 level was increased by 51% as a consequence of APX1/2 silencing. Both stresses affected similarly root and shoot growing compared with NT. Membrane damage was increased at the same level in both genotypes and in both stresses, showing that APX1/2 were as sensible as NT plants. In NT roots, OsAPX1 and OsAPX2 transcript amounts was slightly increased by NaCl and mannitol whereas only NaCl increased APX activity. Under salt stress, both genotypes increased other APX isoforms, especially OsAPX3, OsAPX5 and OsAPX8. These increases were correlated with the increased APX activity. In addition, other peroxidases (GPX and GPOD) displayed the same trend as APX, increasing their activity in response to NaCl. On the other hand, mannitol induced a prominent increase in catalase activity in NT plants, while in APX1/2 plants CAT activity did not changed. The H2O2 content was increased in both genotypes exposed to mannitol treatments, and was reduced for NaCl. TBARS level was not altered in the presence of both stresses for both genotypes. This study shows that rice plants exposed to salt or osmotic stresses display complex responses regarding to redox metabolism. Apparently, both cytosolic APXs are not essential to antioxidative protection, since mutant plants presented similar physiological performance to NT plants. The responses to both stresses, NaCl and mannitol, were contrasting for both genotypes, suggesting that different mechanisms of antioxidative protection were triggered for each different stress condition. / Salt and osmotic stresses are responsible for significant losses in agriculture, particularly in semiarid regions. In such conditions, roots are the first plant organ in contact with the stress and are responsible for perception and signaling. In leaves, cytosolic ascorbate peroxidases (APX) are the main isoforms involved with antioxidative defence against H2O2 excess and signaling under stressful conditions. Nevertheless, such metabolic mechanisms in roots are still unknown. The aim of this study was to test the hypothesis that cytosolic APX isoforms are essential to antioxidant protection in rice roots exposed to salt and osmotic stresses. To test this hypothesis, rice mutants double silenced for cytosolic APXs (APX1/2) and non-transformed plants, both with 45 day-old, were submitted to two stressful treatments: (1) NaCl and mannitol in iso-osmotic concentrations (-0.62MPa) for eight days and (2) mannitol 268 mM (-0.62MPa) for two days. In mutant plants, OsAPX1 and OsAPX2 transcript amounts (RNAs) were reduced by 90% whereas both protein abundance measured by Western blotting were not detectable. Under control conditions, total APX activity was reduced by 66% in comparison with NT plants, showing that the silencing was effective in roots. In APX1/2 roots, H2O2 level was increased by 51% as a consequence of APX1/2 silencing. Both stresses affected similarly root and shoot growing compared with NT. Membrane damage was increased at the same level in both genotypes and in both stresses, showing that APX1/2 were as sensible as NT plants. In NT roots, OsAPX1 and OsAPX2 transcript amounts was slightly increased by NaCl and mannitol whereas only NaCl increased APX activity. Under salt stress, both genotypes increased other APX isoforms, especially OsAPX3, OsAPX5 and OsAPX8. These increases were correlated with the increased APX activity. In addition, other peroxidases (GPX and GPOD) displayed the same trend as APX, increasing their activity in response to NaCl. On the other hand, mannitol induced a prominent increase in catalase activity in NT plants, while in APX1/2 plants CAT activity did not changed. The H2O2 content was increased in both genotypes exposed to mannitol treatments, and was reduced for NaCl. TBARS level was not altered in the presence of both stresses for both genotypes. This study shows that rice plants exposed to salt or osmotic stresses display complex responses regarding to redox metabolism. Apparently, both cytosolic APXs are not essential to antioxidative protection, since mutant plants presented similar physiological performance to NT plants. The responses to both stresses, NaCl and mannitol, were contrasting for both genotypes, suggesting that different mechanisms of antioxidative protection were triggered for each different stress condition.

Submitted by (ana.araujo@ufrpe.br) on 2017-02-20T17:04:51Z No. of bitstreams: 1 Manuela Maria Cavalcante Granja.pdf: 696391 bytes, checksum: 1cfe62663cfe614a373e837e03fde09b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-20T17:04:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Manuela Maria Cavalcante Granja.pdf: 696391 bytes, checksum: 1cfe62663cfe614a373e837e03fde09b (MD5) Previous issue date: 2010-02-19 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Sugarcane (Saccharum officinarum) is a grass considered moderately sensitive to salinity. Although traditionally cultivated in the soil of the Atlantic Coast and the Northeast, the cultivation of sugarcane is expanding to semi-arid regions. The poor quality of irrigation water, high rates of evaporation and low rainfall, combined with other factors contribute to the process of soil salinization in semi-arid. For the development and selection of tolerant genotypes, it is necessary to understand the physiological mechanisms with which plants face the salt stress. Techniques for in vitro plant tissue for studies of physiology and biochemistry of plants under stress are important tools to allow control and uniformity of culture conditions. In this study, two genotypes of sugarcane (RB931011 and RB872552) developed within the Program of Genetic Improvement of Sugarcane of rides, for the Northeast region (RIDESA) were evaluated for sudden and gradual action of salt stress-induced by adding NaCl to the culture medium during in vitro development of plants. The varieties of sugarcane were subjected to three concentrations of NaCl (0 mM, 50 mM and 100 mM) in a gradual and sudden. At 35 days of experiment, enzyme activities (CAT, POX, APX, PPO), levels of sodium (Na+), potassium (K+), soluble protein content and free proline were recorded. It was possible to observe differences in responses of varieties depending on the condition of induced salt stress, shock or gradual, rather than depending on the concentration of NaCl in the culture medium. The stress response is therefore not only conditioned by salt concentration, but by way of exposure to salt. / A cana-de-açúcar (Saccharum officinarum) é uma gramínea considerada moderadamente sensível à salinidade. Embora tradicionalmente cultivada nas zonas de Mata úmida e Litoral da região Nordeste, o cultivo da cana-de-açúcar vem se expandindo também para regiões semi-áridas. A má qualidade da água de irrigação, altas taxas de evaporação e baixa precipitação pluviométrica, aliada a outros fatores contribuem para o processo de salinização dos solos do semi–árido. Para o desenvolvimento e seleção de genótipos tolerantes, é necessário conhecer os mecanismos fisiológicos com os quais as plantas enfrentam o estresse salino. Técnicas de cultivo in vitro para estudos da fisiologia e bioquímica de plantas, em condições de estresse, são importantes ferramentas por permitirem o controle e homogeneidade das condições de cultivo. No presente trabalho, dois genótipos de cana-de-açúcar (RB931011 e RB872552) desenvolvidos pelo Programa de Melhoramento Genético da Cana-de-Açúcar da RIDESA, para a região Nordeste, foram submetidos ao estresse salino in vitro mediante o acréscimo de NaCl ao meio de cultura sob uma ação gradativa e súbita para avaliar o comportamento fisiológico e bioquímico dessas plantas. As variedades de cana-de-açúcar foram submetidas a duas concentrações de NaCl (56mM, 112mM e o controle) de forma gradativa e repentina. Aos 35 dias de experimento, atividades enzimáticas da Catalase (CAT), Peroxidase (POX), Ascorbato peroxidase (APX), Polifenoloxidase (PPO), teores de sódio (Na+), potássio (K+), concentração de proteínas solúveis e prolina livre foram determinadas. Foi possível observar diferenças nas respostas das variedades em função da condição de indução do estresse salino, gradativo ou por choque, mais do que em função das concentrações de NaCl no meio de cultura. A resposta ao estresse é, portanto, condicionada não só pela concentração dos sais, mas pela forma que a planta é exposta ao meio salino.

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Polyamines and ethylene have been cited as important regulators of plant growth and development, and may be involved in plant defense against several abiotic stresses, such as salinity. To withstand with salt harmful effects, plants respond through a coordinated set of physiological and molecular responses to improve their performance under salinity. In order to test the hypothesis that salt tolerance degree in maize genotypes is related to changes in polyamine metabolism associated with ethylene production, two experiments were performed. In the first one, BR5033 (salt-tolerant) and BR5011 (salt-sensitive) maize genotypes were subjected to 80 mM NaCl stress to identify the pattern of ethylene production in leaves and roots. Two peaks of ethylene production at 5.5 h (phase I) and 12.5 h (phase II) after onset the salinity treatment were registered in salt-sensitive leaves; whereas only the first peak of ethylene synthesis was detected in salt-tolerant leaves. Surprisingly, the biphasic ethylene production in roots was much less pronounced than in leaves. In the second experiment, we sought to investigate whether the phases I and II of ethylene production alter the polyamine metabolism in the leaves of maize genotypes. In salt-tolerant genotype, the phase I of ethylene synthesis was associated with signaling events, as evidenced by increased H2O2 levels, which were generated by putrescine (Put) catabolism. An early signaling (at 5.5 h) in the salt-tolerant genotype seemed to be effective to suppress the second peak of ethylene production, known as âstress ethyleneâ. Yet, in the salt-sensitive genotype, the decreased H2O2 concentration during the phase I was associated with a marked increase in ethylene production, which was resulted from upregulation of acid 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid oxidase (ACO) activity and ZmACO5 gene expression. At the phase I, the total polyamine content was increased by salinity in the salt-tolerant, whereas it was decreased in the salt-sensitive one. In the salt-tolerant genotype, the increased total polyamine was sustained by high spermine (Spm) and spermidine (Spd) contents, while the decay in the salt-sensitive genotype was due to the reductions of Put and Spd forms. Otherwise, in the phase II, no significant changes in the total polyamines in salt-tolerant genotype (it was likely due to conversion of Put to Spm/Spd), and decreases in salt-sensitive genotype were registered. Under stress conditions, the salinity-induced improvement of Spd and Spm (free and soluble conjugated forms) in salt-tolerant genotype was bigger than in salt-sensitive one, thus suggesting a key role of polyamines in the maize salt stress acclimation processes. Finally, we investigated if the lack of ethylene production during phase II in salt-tolerant genotype was correlated to improved antioxidant capacity. Salt stress dramatically increased the superoxide levels, the electrolyte leakage and lipid peroxidation, it being more pronounced in both leaves and roots of salt-sensitive genotype. On the other hand, under salinity, salt-tolerant genotype displayed a better performance of enzymatic and non-enzymatic antioxidant system, evidenced by a higher ascorbate and glutathione content and upregulation of superoxide dismutase, ascorbate peroxidase and guaiacol peroxidase activity. In conclusion, our results suggest that the ethylene is intimately involved in salt stress acclimation through activation of intricate signaling pathways mediated by H2O2 that is originated from polyamine catabolism. An efficient signal network raises the polyamine content and antioxidant capacity and is responsible, at least in part, for greater tolerance to salinity of BR5033 maize genotype. / Poliaminas e etileno sÃo reguladores do crescimento e desenvolvimento vegetal, que tambÃm estÃo envolvidos nas respostas de defesa das plantas contra estresses abiÃticos, dentre eles a salinidade. Para lidar com o estresse salino, as plantas realizam ajustes fisiolÃgicos, bioquÃmicos e moleculares, que podem resultar em sua aclimataÃÃo diante dessa condiÃÃo adversa, tornando o indivÃduo mais tolerante ao estresse, em comparaÃÃo Ãqueles que nÃo se encontram aclimatados. Essa pesquisa foi desenvolvida para testar à hipÃtese de que o grau de tolerÃncia à salinidade entre genÃtipos de milho envolve alteraÃÃes no metabolismo das poliaminas associadas à produÃÃo de etileno. Para isso, foram realizados dois experimentos. No primeiro, plantas de milho dos genÃtipos BR5011 (sensÃvel) e BR5033 (tolerante) foram submetidas ao estresse salino (NaCl a 80 mM) para identificar o padrÃo de produÃÃo de etileno em folhas e raÃzes. Nas folhas do genÃtipo sensÃvel, a salinidade intensificou a produÃÃo de etileno apÃs 5,5 h (fase I) e 12,5 h (fase II) apÃs o inÃcio do estresse, enquanto no tolerante isso aconteceu somente com 5,5 h. Nas raÃzes, embora tenha sido observada a produÃÃo bifÃsica de etileno no genÃtipo sensÃvel, esse processo foi muito menos intenso que nas folhas. O segundo experimento teve como objetivo principal investigar se a produÃÃo de etileno pela salinidade nas fases I e II resultava em alteraÃÃes no metabolismo das poliaminas nas folhas dos genÃtipos de milho. No genÃtipo tolerante, a fase I de produÃÃo de etileno foi associada à eventos de sinalizaÃÃo, dado o aumento dos teores de H2O2, mediado pelo catabolismo da putrescina (Put). Essa sinalizaÃÃo pareceu ser eficiente para suprimir a produÃÃo do etileno em condiÃÃes de estresse (fase II ou âetileno do estresseâ) nesse genÃtipo. Jà no sensÃvel, a diminuiÃÃo dos teores de H2O2 na fase I foi acompanhada por um aumento acentuado na produÃÃo do etileno, decorrente de acrÃscimos na atividade da enzima oxidase do Ãcido 1-carboxÃlico-1-aminociclopropano (ACO) e na expressÃo de transcritos do gene ZmACO5 (principal membro expresso). Em geral, a salinidade aumentou os teores de poliaminas totais no genÃtipo tolerante, enquanto reduziu no sensÃvel. Na fase I, na condiÃÃo salina quando comparada com o controle, os teores de poliaminas totais foram aumentados no genÃtipo tolerante enquanto no sensÃvel esses teores foram reduzidos. No genÃtipo tolerante, o aumento nos teores de poliaminas totais foi sustentado principalmente pelo aumento nos teores de espermina (Spm) e espermidina (Spd), enquanto a diminuiÃÃo observada no genÃtipo sensÃvel foi devida, sobretudo, Ãs reduÃÃes nas formas de Put e Spd. Jà na fase II, no genÃtipo tolerante nÃo houve alteraÃÃes nos teores totais de poliaminas (provavelmente, devido a utilizaÃÃo de Put para a sÃntese de Spm e Spd), enquanto no sensÃvel esses teores foram reduzidos. Sob condiÃÃes de salinidade, o aumento nas formas livre e conjugada solÃvel de Spm e Spd foi mais pronunciado no genÃtipo tolerante do que no sensÃvel, sugerindo assim importante papel para essas duas poliaminas nos processos de aclimataÃÃo ao estresse salino em plantas de milho. Por fim, foi investigado se a ausÃncia de produÃÃo do etileno na fase II, causado pela salinidade no genÃtipo tolerante, foi relacionada com uma melhor capacidade antioxidante. O estresse salino aumentou drasticamente os teores do radical superÃxido, o vazamento de eletrÃlitos e a peroxidaÃÃo lipÃdica, sendo isso mais pronunciado nas folhas e raÃzes do genÃtipo sensÃvel. De modo geral, o genÃtipo tolerante teve melhor desempenho do sistema antioxidante enzimÃtico e nÃo enzimÃtico, sob condiÃÃes de estresse salino, evidenciado pelos maiores incrementos nos teores de ascorbato e glutationa e na atividade das enzimas dismutase do superÃxido, peroxidase do ascorbato e peroxidase do guaiacol. Em conclusÃo, os resultados aqui apresentados sugerem que o etileno està intimamente envolvido na aclimataÃÃo ao estresse salino, por meio da ativaÃÃo de vias de sinalizaÃÃo mediadas pelo H2O2 produzido a partir do catabolismo de poliaminas. AlÃm disso, sugere-se que essa sinalizaÃÃo induz o aumento nos teores de poliaminas e melhor capacidade antioxidante no genÃtipo BR5033, sendo isto, pelo menos em parte, responsÃvel por sua maior tolerÃncia ao estresse salino, quando comparado ao BR5011.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:36:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 314133 bytes, checksum: 1d6a5d1c68ecfce7803cec5192e08e88 (MD5) Previous issue date: 2006-06-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Tolerance to salt stress was studied in maize seedlings (Zea mays L.) cultivars AGN 3150, BR 106, BR 201, BR 206 and SHS 4040, grown in Hoagland s nutrient solution. Treatments with NaCl 50 and 100 mM led to a decrease in the biomass production and to an increase in the relative electrolyte leakage in the roots and shoots in all cultivars. However, the largest decrease in growth and electrolyte leakage were shown by cultivar BR 106 and the smallest ones by cultivar AGN 3150, lead them to be considered as the most sensitive and the most tolerant to salt stress, respectively. The effect of NaCl 100 mM was investigated by considering some components of the antioxidative metabolism and mitochondrial respiration in roots of the seedlings. The tolerant cultivar showed increased activities of the enzymes superoxide dismutase (SOD), ascorbate peroxidase (APX) and glutathione redutase (GR), as well as increase in ascorbate/dehydroascorbate ratio. The sensitive cultivar showed reduction in catalases (CAT) and GR activities as well as in ascorbate/dehydroascorbate ratio. The lipid peroxidation degree increased in roots and isolated mitochondria, only in the sensitive cultivar. In mitochondria isolated from the tolerant cultivar, NaCl treatment promoted an increase in the state 4 respiration rate and in the alternative pathway capacity. Additionally, salinity promoted a decrease in ADP/O and respiratory control ratios, indicating a lower coupling, likely due to an increase in alternative oxidase (AOX) activity. In sensitive cultivar, total respiration activity and the ADP/O ratio were strongly decreased, however the capacity of the alternative pathway was not altered. The NaCl treatment promoted decrease in the uncoupling protein (UCP) activity in the tolerant cultivar, but an increase it in the sensitive one occurred. These results suggest that the tolerant cultivar exhibits a larger efficiency in the reactive oxygen intermediates scavenging, as compared to the sensitive one. In addition, the high tolerance of cultivar AGN 3150 to the salt stress could be related to its high AOX capacity. A possible contribution of the UCP could not be confirmed from the results observed. / A sensibilidade ao estresse salino foi avaliada em plântulas de milho (Zea mays L.) das cultivares AGN 3150, BR 106, BR 201, BR 206 e SHS 4040, cultivadas em solução nutritiva de Hoagland. Os tratamentos com 50 e 100 mM de NaCl reduziram a produção de biomassa e aumentaram o extravasamento relativo de eletrólitos nas raízes e nas partes aéreas de todas as cultivares estudadas. Porém, os maiores valores de redução no crescimento e de extravasamento de eletrólitos foram apresentados pela cultivar BR 106 e os menores valores observados na cultivar AGN 3150. Portanto, entre as cultivares avaliadas, estas duas foram consideradas, respectivamente, como a mais sensível e a mais tolerante ao estresse salino. Verificou-se, então, o efeito do tratamento com 100 mM de NaCl sobre alguns componentes do metabolismo antioxidativo e sobre a respiração mitocondrial nas raízes de plântulas dessas duas cultivares. A cultivar tolerante apresentou aumento nas atividades das enzimas dismutase do superóxido (SOD), peroxidase do ascorbato (APX) e redutase da glutationa (GR), bem como aumento na razão ascorbato/desidroascorbato. A cultivar sensível apresentou redução na atividade das catalases (CAT) e GR, e também da razão ascorbato/desidroascorbato. O grau de peroxidação de lipídeos aumentou nas raízes e nas mitocôndrias isoladas, apenas na cultivar sensível. Nas mitocôndrias isoladas da cultivar tolerante, o tratamento com NaCl resultou em aumento na taxa respiratória no estado 4 e na capacidade da rota alternativa. Além disso, houve redução nas razões ADP/O e de controle respiratório, indicando um menor grau de acoplamento, possivelmente resultante da maior atividade da oxidase alternativa (AOX) na cultivar tolerante. Na cultivar sensível, a atividade respiratória total e a razão ADP/O foram fortemente reduzidas, porém a participação percentual da rota alternativa não foi alterada. O tratamento com NaCl resultou em redução na atividade da proteína desacopladora (UCP) na cultivar tolerante e em aumento desta atividade na cultivar sensível. Pelos dados obtidos, a maior tolerância da cultivar AGN 3150 está relacionada à sua maior eficiência na remoção de intermediários reativos de oxigênio, além da maior possibilidade de desvio de elétrons pela sua rota alternativa na cadeia respiratória. Entretanto, a contribuição da UCP nos mecanismos de tolerância à salinidade dessa cultivar não foi evidenciada.

Considerando que existem informações controversas sobre os efeitos da interação P (fósforo) Zn (zinco), tem-se a hipótese que a interação P-Zn é uma resposta ao somatório de relações nutricionais que ocorrem na planta e no solo, implicando na modificação do desenvolvimento vegetal e em respostas adaptativas do algodoeiro (Gossypium hirsutum L.). Objetivou-se com o presente estudo avaliar os mecanismos de interação P-Zn no sistema solo-planta para o algodoeiro, realizando-se uma abordagem de química do solo (fracionamento de P e extração sequencial de Zn no solo), de dinâmica de absorção destes elementos (genômica - quanto à expressão de genes relacionados à absorção de P) e de fisiologia e nutrição de plantas (quanto à determinação das atividades da fosfatase ácida e da anidrase carbônica, metabolismo oxidativo, bem como as trocas gasosas e as avaliações fotoquímicas). Para alcançar os objetivos desta proposta foram realizados quatro experimentos, três em solução nutritiva e um em solo. No experimento I foi descrita a disponibilidade de P e Zn em solo de rizosfera em resposta a doses de P e Zn em duas classes de solo cultivados com algodoeiro. Já no experimento II, descreveu-se o efeito da interação P-Zn no acúmulo de nutrientes no tecido vegetal; nas alterações no processo fotossintético - determinadas pelas trocas gasosas - e consequentes alterações no crescimento das plantas, em resposta à nutrição de P e Zn. No experimento III foi verificada a disponibilidade fisiológica de P e Zn por meio da atividade enzimática da fosfatase ácida e da anidrase carbônica, bem como descrevito o efeito da interação nas respostas de trocas gasosas, fotoquímicas e do sistema antioxidante do algodoeiro. Por fim, no experimento IV caracterizou-se a família de genes PHOl (transportador de fosfato das raízes para o xilema) em Gossypium hirsutum (L.) e foi descrito o efeito da interação P-Zn na expressão de PHOl nestas plantas / Considering that there is controversial information about the effects of P (phosphorus) Zn (zinc) interaction, it is hypothesized that the interaction P-Zn is a response to the sum of nutritional relations that occur in the level of plant and in the soil together, as a consequence of plant development and adaptive responses of cotton. The aim of the present study was to evaluate the mechanisms of P-Zn interaction in the soil-plant system for the cotton plant (Gossypium hirsutum L.), using a soil chemistry approach (P fractionation and sequential extraction of Zn in the soil), absorption dynamics of these elements (genomics - regarding the expression of genes related to P uptake) and plant physiology and nutrition (as regards the determination of acid phosphatase activities, oxidative stress, as well as gas exange and photochemical changes). To achieve the objectives of this proposal, four experiments were carried out, three in nutrient solution and one in soil. In the experiment I, we aimed to describe the availability of P and Zn in rhizosphere soil in response to P and Zn doses in two classes of soil cultivated with cotton (Gossypium hirsutum L.). In the experiment II, the objective was to investigate the effect of the interaction P-Zn on the accumulation of nutrients in the plant tissue; on changes in the photosynthetic process - determined by gas exchange; and consequent changes in cotton growth in response to P and Zn nutrition. In the experiment III, the objective was to verify the physiological availability of P and Zn by the enzymatic activity of acid phosphatase and carbonic anhydrase, as well as to describe the effect of the interaction in the gas exchanges, photochemical and antioxidant system responses of cotton plant. Finally, in the experiment IV it was characterized the PHO1 gene (phosphate transporters in roots to xylem) in cotton and evaluated the effect of the P-Zn interaction on PHO1 expression in Gossypium hirsutum

Considerando que existem informações controversas sobre os efeitos da interação P (fósforo) Zn (zinco), tem-se a hipótese que a interação P-Zn é uma resposta ao somatório de relações nutricionais que ocorrem na planta e no solo, implicando na modificação do desenvolvimento vegetal e em respostas adaptativas do algodoeiro (Gossypium hirsutum L.). Objetivou-se com o presente estudo avaliar os mecanismos de interação P-Zn no sistema solo-planta para o algodoeiro, realizando-se uma abordagem de química do solo (fracionamento de P e extração sequencial de Zn no solo), de dinâmica de absorção destes elementos (genômica - quanto à expressão de genes relacionados à absorção de P) e de fisiologia e nutrição de plantas (quanto à determinação das atividades da fosfatase ácida e da anidrase carbônica, metabolismo oxidativo, bem como as trocas gasosas e as avaliações fotoquímicas). Para alcançar os objetivos desta proposta foram realizados quatro experimentos, três em solução nutritiva e um em solo. No experimento I foi descrita a disponibilidade de P e Zn em solo de rizosfera em resposta a doses de P e Zn em duas classes de solo cultivados com algodoeiro. Já no experimento II, descreveu-se o efeito da interação P-Zn no acúmulo de nutrientes no tecido vegetal; nas alterações no processo fotossintético - determinadas pelas trocas gasosas - e consequentes alterações no crescimento das plantas, em resposta à nutrição de P e Zn. No experimento III foi verificada a disponibilidade fisiológica de P e Zn por meio da atividade enzimática da fosfatase ácida e da anidrase carbônica, bem como descrevito o efeito da interação nas respostas de trocas gasosas, fotoquímicas e do sistema antioxidante do algodoeiro. Por fim, no experimento IV caracterizou-se a família de genes PHOl (transportador de fosfato das raízes para o xilema) em Gossypium hirsutum (L.) e foi descrito o efeito da interação P-Zn na expressão de PHOl nestas plantas / Considering that there is controversial information about the effects of P (phosphorus) Zn (zinc) interaction, it is hypothesized that the interaction P-Zn is a response to the sum of nutritional relations that occur in the level of plant and in the soil together, as a consequence of plant development and adaptive responses of cotton. The aim of the present study was to evaluate the mechanisms of P-Zn interaction in the soil-plant system for the cotton plant (Gossypium hirsutum L.), using a soil chemistry approach (P fractionation and sequential extraction of Zn in the soil), absorption dynamics of these elements (genomics - regarding the expression of genes related to P uptake) and plant physiology and nutrition (as regards the determination of acid phosphatase activities, oxidative stress, as well as gas exange and photochemical changes). To achieve the objectives of this proposal, four experiments were carried out, three in nutrient solution and one in soil. In the experiment I, we aimed to describe the availability of P and Zn in rhizosphere soil in response to P and Zn doses in two classes of soil cultivated with cotton (Gossypium hirsutum L.). In the experiment II, the objective was to investigate the effect of the interaction P-Zn on the accumulation of nutrients in the plant tissue; on changes in the photosynthetic process - determined by gas exchange; and consequent changes in cotton growth in response to P and Zn nutrition. In the experiment III, the objective was to verify the physiological availability of P and Zn by the enzymatic activity of acid phosphatase and carbonic anhydrase, as well as to describe the effect of the interaction in the gas exchanges, photochemical and antioxidant system responses of cotton plant. Finally, in the experiment IV it was characterized the PHO1 gene (phosphate transporters in roots to xylem) in cotton and evaluated the effect of the P-Zn interaction on PHO1 expression in Gossypium hirsutum