A síndrome Kranz é um conjunto de características anatômicas, ultra-estruturais e bioquímicas que culminam na realização da fotossíntese C4. Tal síndrome apresenta grande diversidade dentre as Angiospermas, tornando-se conveniente seu estudo em todos os níveis acima citados para a completa caracterização da mesma. No presente trabalho foi investigada a síndrome Kranz de Gomphrena arborescens e G. scapigera (Amaranthaceae) com ênfase na origem ontogenética da bainha Kranz, na descrição ultra-estrutural e na confirmação bioquímica sobre o tipo de fotossíntese C4. O desenvolvimento foliar dessas espécies indica que a bainha Kranz é originada da camada mais interna do mesofilo, a endoderme foliar. Uma discussão sobre os termos presentes na literatura para a descrição dessa bainha, todos eles focados em sua função na fotossíntese C4, demonstra a importância de se utilizar termos que informem a origem ontogenética dessa bainha, como endoderme e periciclo. Na análise ultra-estrutural, foram identificados possíveis fatores que interferem na fotossíntese de ambas as espécies, como o espessamento e a composição da parede da bainha Kranz, o posicionamento centrípeto dos cloroplastos e a presença de retículo periférico nos mesmos. Embora a análise bioquímica tenha resultado em informações ainda não conclusivas, o dimorfismo dos cloroplastos sugere a realização da fotossíntese C4 do tipo NADP-ME. O presente trabalho, de uma forma geral, contribui ao conhecimento da síndrome Kranz dentre as Amaranthaceae s.s., um grupo em que a ultra-estrutura e a bioquímica ainda são pouco conhecidas, e ressalta a importância dos estudos anatômicos, principalmente com enfoque ontogenético, para o melhor conhecimento da diversidade da síndrome Kranz dentre as Angiospermas. / The Kranz syndrome is a set of anatomical, ultrastructural and biochemical features that culminate in the C4 photosynthesis. This syndrome has a huge diversity among Angiosperms, so it became suitable to survey all the levels above cited for its complete characterization. In the present work the Kranz syndrome of Gomphrena arborescens and G. scapigera (Amaranthaceae) is studied, with emphasis on the ontogenetic origin of the Kranz sheath, on the ultrastructural description, and on the biochemical confirmation about the C4 photosynthesis kind. The foliar development of these species shows that the Kranz sheath is originated from the inner layer of the mesophyll, the foliar endodermis. A discussion about the literature terms used to describe the Kranz sheath, all of them referring to the function of this layer in C4 photosynthesis, demonstrates the importance of using terms that inform the ontogenetic origin of this layer, such as endodermis and perycicle. The ultrastructural analysis identified possible factors that interfere on the C4 photosynthesis of both species, such as wall thickening and composition of Kranz sheath cells, the centripetal position of chloroplasts and the peripheral reticulum in chloroplasts. Although biochemical analysis has resulted in no conclusive information, the chloroplast dimorphism suggests the NADP-ME C4 photosynthesis. This work, in a general way, contributes to the knowledge of the Kranz syndrome among Amaranthaceae s.s., a group that has the ultrastructure and the biochemistry of C4 photosynthesis poorly known. It also draws attention to the importance of anatomical surveys concerning the ontogenetic origin of Kranz sheath for a better understanding on the diversity of Kranz syndrome among Angiosperms.

A síndrome Kranz é um conjunto de características anatômicas, ultra-estruturais e bioquímicas que culminam na realização da fotossíntese C4. Tal síndrome apresenta grande diversidade dentre as Angiospermas, tornando-se conveniente seu estudo em todos os níveis acima citados para a completa caracterização da mesma. No presente trabalho foi investigada a síndrome Kranz de Gomphrena arborescens e G. scapigera (Amaranthaceae) com ênfase na origem ontogenética da bainha Kranz, na descrição ultra-estrutural e na confirmação bioquímica sobre o tipo de fotossíntese C4. O desenvolvimento foliar dessas espécies indica que a bainha Kranz é originada da camada mais interna do mesofilo, a endoderme foliar. Uma discussão sobre os termos presentes na literatura para a descrição dessa bainha, todos eles focados em sua função na fotossíntese C4, demonstra a importância de se utilizar termos que informem a origem ontogenética dessa bainha, como endoderme e periciclo. Na análise ultra-estrutural, foram identificados possíveis fatores que interferem na fotossíntese de ambas as espécies, como o espessamento e a composição da parede da bainha Kranz, o posicionamento centrípeto dos cloroplastos e a presença de retículo periférico nos mesmos. Embora a análise bioquímica tenha resultado em informações ainda não conclusivas, o dimorfismo dos cloroplastos sugere a realização da fotossíntese C4 do tipo NADP-ME. O presente trabalho, de uma forma geral, contribui ao conhecimento da síndrome Kranz dentre as Amaranthaceae s.s., um grupo em que a ultra-estrutura e a bioquímica ainda são pouco conhecidas, e ressalta a importância dos estudos anatômicos, principalmente com enfoque ontogenético, para o melhor conhecimento da diversidade da síndrome Kranz dentre as Angiospermas. / The Kranz syndrome is a set of anatomical, ultrastructural and biochemical features that culminate in the C4 photosynthesis. This syndrome has a huge diversity among Angiosperms, so it became suitable to survey all the levels above cited for its complete characterization. In the present work the Kranz syndrome of Gomphrena arborescens and G. scapigera (Amaranthaceae) is studied, with emphasis on the ontogenetic origin of the Kranz sheath, on the ultrastructural description, and on the biochemical confirmation about the C4 photosynthesis kind. The foliar development of these species shows that the Kranz sheath is originated from the inner layer of the mesophyll, the foliar endodermis. A discussion about the literature terms used to describe the Kranz sheath, all of them referring to the function of this layer in C4 photosynthesis, demonstrates the importance of using terms that inform the ontogenetic origin of this layer, such as endodermis and perycicle. The ultrastructural analysis identified possible factors that interfere on the C4 photosynthesis of both species, such as wall thickening and composition of Kranz sheath cells, the centripetal position of chloroplasts and the peripheral reticulum in chloroplasts. Although biochemical analysis has resulted in no conclusive information, the chloroplast dimorphism suggests the NADP-ME C4 photosynthesis. This work, in a general way, contributes to the knowledge of the Kranz syndrome among Amaranthaceae s.s., a group that has the ultrastructure and the biochemistry of C4 photosynthesis poorly known. It also draws attention to the importance of anatomical surveys concerning the ontogenetic origin of Kranz sheath for a better understanding on the diversity of Kranz syndrome among Angiosperms.

The C₄ biochemical pathway is the most efficient form of photosynthesis in warm environments and introducing this system into globally significant, but less efficient, C₃ photosynthetic crops could bring major yield increases. The most photosynthetically efficient C₄ grass species have a specialised leaf anatomy characterised by high vein density with two distinct cell types radially arranged around the vascular bundles (Kranz anatomy). Although this anatomy was first described in 1882, the genetic regulators controlling Kranz development are still not known. In recent years, transcriptomic analysis has allowed researchers to identify candidate Kranz regulator genes, and a model for Kranz development has been proposed, however, this model has not been experimentally validated. This study used in situ hybridisation to visualise expression patterns for a set of candidate Kranz regulator genes in maize and the orthologous genes in rice. Further, morphological analysis of rice lines with constitutive expression of the candidate Kranz regulator genes AINTEGUMENTA 1 and DAG-LIKE 1 and 2 were used to characterise protein function during C₃ monocot leaf development. The function of maize AINTEGUMENTA in the C₃ eudicot arabidopsis was also investigated. The results of the in situ hybridisation experiments led to the refinement of the Kranz model and identified potential roles for the candidate regulators during leaf development. The constitutive expression experiments highlighted the regulatory differences between eudicot and monocot leaf development and implicated the regulation of auxin-cytokinin homeostatis as a key factor in Kranz development. Ultimately, this work can be used to guide research into Kranz development and has direct implications for engineering C₄ photosynthesis into rice.

Made available in DSpace on 2014-06-12T15:06:30Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo4844_1.pdf: 1505005 bytes, checksum: b40ad94d9282df3ed95cefccc442c107 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Cyperus s.l. é formado por Cyperus s.s. e outros gêneros relacionados que já estiveram dentro de sua circunscrição ou apresentam uma íntima relação. Este grupo é um dos poucos de Cyperaceae a apresentar espécies C3 e C4, estas últimas do tipo clorociperóide. Este estudo teve como objetivo analisar a anatomia e ultra-estrutura dos órgãos fotossintéticos de espécies de Cyperus s.l. ocorrentes no Nordeste do Brasil, visando fornecer subsídios para taxonomia e filogenia do grupo, além de informações no âmbito da anatomia ecológica. Neste trabalho foram estudadas 43 espécies de Cyperus s.l.: Cyperus s.s.(30), Pycreus (6), Kyllinga (5), Lipocarpha (2) e Remirea (1). A análise multivariada realizada com caracteres anatômicos de folhas ou brácteas e escapo de 148 populações pertencentes a 42 espécies mostrou a formação de três grupos principais: Grupo I (espécies com anatomia Kranz), Grupo II (espécies sem anatomia Kranz) e Grupo III (espécies com e sem anatomia Kranz). Os dados obtidos nestas análises evidenciaram aspectos relevantes para discussão de posicionamentos taxonômicos, além de fornecer subsídios para interpretações filogenéticas. O estudo ultra-estrutural realizado em sete espécies Kranz pertencentes a Cyperus, Kyllinga e Remirea confirmou a indicação do tipo clorociperóide com o subtipo bioquímico NAPD-málico. Alguns aspectos ultra-estruturais são comuns como a presença de cloroplastos centrífugos, agranais ou com grana reduzido na células Kranz, diferente dos do parênquima radiado que apresnetam grana desenvolvido e bem estruturado. O número de cloroplastos, desenvolvimento do retículo periférico, a presença e quantidade de grãos de amido, entre outros caracteres apresentam variação entre as espécies, porém essas diferenças não são relevantes no grupo, contribuindo com a indicação de única origem da via C4 em Cyperus s.l. Pela particularidade do habitat, foram estudados os caracteres anatômicos e ultra-estruturais de Cyperus maritimus Poir. visando identificar caracteres adaptativos ao ambiente de dunas litorâneas. Entre os caracteres considerados importantes para plantas submetidas a estresse hídrico e salino, como os ocorrentes em dunas litorâneas, foram observados a presença de ceras epicuticulares, células epidérmicas com paredes espessas, parênquima aqüífero e síndrome Kranz

The C₄ photosynthetic cycle acts to concentrate CO₂ around the enzyme Rubisco. By doing so, C₄ photosynthesis leads to increased radiation, water and nitrogen use efficiencies. As such, C₄ photosynthesis is the most productive form of photosynthesis known. Because it enables such high levels of productivity there are large international efforts to introduce C₄ photosynthesis into non-C₄ crop species such as rice. Kranz anatomy is a characteristic leaf cellular arrangement of concentric rings of bundle sheath and mesophyll cells around closely spaced veins and is crucial to C₄ photosynthesis in almost all known examples. Despite the fact that Kranz has evolved on over 60 times independently little is known about the genetic regulation of Kranz development, as attempts to elucidate Kranz regulators using conventional mutagenesis screens have provided few insights. However, the advent of next generation DNA sequencing technologies has enabled the interrogation of genetic networks at a previously unprecedented scale. The work in this thesis describes a genome-wide transcriptomic analysis of leaf development in maize, a C₄ species, that develops both Kranz-type and non-Kranz-type leaves. Detailed bioinformatics analyses identified candidate regulators of both Kranz development and additional aspects of maize leaf development. Three of the identified Kranz candidates were functionally characterised in both C₄ and non-C₄ species. Furthermore, expression and phylogenetic analyses of GOLDEN2-LIKE (GLK) genes, a small transcription factor family previously implicated in C₄ development in maize, were extended to determine the generality of GLK function in C₄ evolution.

The C₄ photosynthetic pathway acts to concentrate CO₂ around the enzyme Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase oxygenase (Rubisco), ensuring that it catalyses a carboxylation rather than oxygenation reaction, which in turn suppresses photorespiration. In nearly all cases C₄ photosynthesis is underpinned by characteristic Kranz anatomy, with concentric wreaths of bundle sheath (BS) and mesophyll (M) cells surrounding closely spaced veins. The increased yields associated with the C₄ pathway have lead to the suggestion that C₃ crops such as rice should be engineered to undertake C₄ photosynthesis, however, this goal is currently held back by a lack of understanding about how the development of Kranz anatomy is regulated. Recently, a number of candidate Kranz regulators have been identified in an RNA-seq study that compared leaf development in maize foliar (Kranz) and husk (non-Kranz) leaves. However, this study did not consider the impact of a recent whole genome duplication in the maize lineage on the gene expression patterns analysed. Therefore, in this thesis maize homeolog gene-pair divergence during early leaf development was assessed. This revealed that expression divergence of homeolog gene-pairs is a significant evolutionary phenomenon. Functional validation of a subset of Kranz candidates revealed that a Zmscr1-1; Zmscr1h-1 double mutant exhibited defects in Kranz patterning, including increased formation of extra BS cells and veins with no separating M cells. Furthermore, Zmnkd1; Zmnkd2 double mutants exhibited a subtle increase in extra BS cell formation. Taken together, this indicates that both ZmSCR1/ZmSCR1h and ZmNKD1/ZmNKD2 function redundantly during Kranz development. No evidence was obtained that two additional genes, ZmSHR2 and ZmRVN1, play a role in Kranz development, and expression of candidate Kranz regulators in rice did not alter leaf anatomy. Together, this work has confirmed roles for a number of genes in Kranz regulation, and has provided insight into the complex regulation underpinning Kranz development in maize.

Resumo: Artemisia annua L. (Asteraceae) é uma planta herbácea altamente aromática, nativa da Ásia e aclimatada no Brasil. As folhas são fonte abundante de artemisinina, uma lactona sesquiterpênica que, conjuntamente aos seus derivados semi-sintéticos, apresentam ação efetiva contra as cepas resistentes das espécies de Plasmodium causadoras da malária. Os objetivos deste trabalho foram identificar o mecanismo fotossintético e avaliar o efeito de diferentes condições de temperatura e fotoperíodo no crescimento e desenvolvimento do acesso CPQBA 2/39x1V de A. annua. Para identificar o mecanismo fotossintético foram realizados experimentos para determinar composição dos isótopos do carbono (d‰13C) e a anatomia foliar associada a testes histoquímicos. Para avaliar o efeito da temperatura e fotoperíodo no crescimento e desenvolvimento de A. annua foram realizados dois experimentos em câmaras fotoperiódicas (o primeiro com temperaturas médias máx. de 37ºC e mín. de 19ºC e o segundo com máx. de 29ºC e mín. de 13ºC) e um experimento com 6 épocas de plantio em campo no município de Pato Branco-PR (26º11' S, 52º36' W e 760 m de altitude), sul do Brasil. Um último experimento realizado, foi a aplicação exógena de artemisinina em plantas de A. annua para verificar o papel da molécula na indução do florescimento. Como resultados, A. annua apresentou uma d‰13C - 31.76 l 0.07, valor típico de espécies com mecanismo fotossintético C3, que apresentam em média valores de d‰13C - 28. Os estudos da anatomia foliar e testes histoquímicos confirmaram os resultados encontrados para a d‰13C, onde, a despeito da existência de células parenquimáticas formando um anel ao redor do feixe vascular, estas não apresentaram cloroplastos e amido, confirmando ser A. annua uma espécie de mecanismo... / Abstract: Leaves of Artemisia annua L. are a plentiful source of artemisinin, a drug with proven effectiveness against malaria. One of the objectives of this work was to identify the photosynthetic type of A. annua through studies of the carbon isotope composition (d‰13C) and the leaf anatomy. We also verified the growth and development of the CPQBA 2/39x1V accession under moist subtropical climate. Two experiments were carried out in greenhouse using photoperiodic chambers. The plants were submitted to photoperiods of 7, 9, 11, 13, 15 and 17 h, in two natural conditions of temperature: spring/summer (maximum of 37ºC and minimum of 19ºC) and autumn/winter (maximum of 29ºC and minimum of 13ºC). Another experiment with different planting dates at field was carried out in Pato Branco, PR (26º11' S, 52º36' W and 760 m), Southern part of Brazil. The last experiment was the application of artemisinin (0, 500, 5000, and 10000 mg L-1) in A. annua plants to verify the role of the molecule on the flowering induction. A. annua presented a d‰13C - 31.76 l 0.07, what characterizes it as typical species with a C3 photosynthetic mechanism, with an average of d‰13C- 28, while C4 species possess an average of d‰13C - 14. The study of A. annua leaf anatomy confirms the results of d‰13C, where, in spite of the existence of parenchymatic cells forming a different sheath surrounding of the vascular tissue, these cells do not have chloroplast or starch. These features do not describe the Kranz anatomy typical of C4 species. The application of artemisinin did not induce the flowering of A. annua at any of the concentrations used. The results suggest that the accumulation of the artemisinin in the pre-flowering and flowering phases in A. annua is not the physiological signal of floral induction in this species... / Orientador: Fernando Broetto / Coorientador: Rita Maria Moraes / Banca: João Domingos Rodrigues / Banca: Lin Chau Ming / Banca: Cícero Deschamps / Banca: Vera Lúcia Garcia Rehder / Doutor

Die Landwirtschaft prägt das Bild des länd­lichen Raumes. Kaum ein anderer Bereich hat innerhalb weniger Jahrzehnte einen so grund­legenden Wandel erlebt, wie die Landwirt­schaft. Modernste Technik hat die schwere körperliche Arbeit im Stall und auf dem Feld abgelöst. Getreidegarben und Pferdefuhrwerke haben ihren Platz im Geschichtsbuch gefunden. Anders verhält es sich mit speziellen Bräuchen und Traditionen, die sich über Generationen hinweg entwickelt haben. Sie zeichnen den sächsischen Kulturraum – insbesondere in den ländlichen Regionen – aus. Kenntnis darüber zu haben, schafft Verständnis für kulturgeschicht­liche Gemeinsamkeiten und Unterschiede. Gerade in Zeiten des raschen gesellschaftlichen und technologischen Wandels werden Bräuche und Traditionen in vielen Gegenden wieder lebendig. Sie geben den Menschen Halt und stehen für Heimat. Die sächsischen Landfrauen setzen sich dafür ein, dass die Lebensqualität auf dem Lande weiter steigt. Die Pflege ländlicher Bräuche und Traditionen ist ihnen ein wichtiges Anliegen. Ganz konkret setzen sie sich für die Pflege, den Erhalt und die Weitergabe des traditio­nellen Bindens von Erntekronen und Ernte­kränzen ein. Mit dieser Broschüre wird die Tradition des Bindens nähergebracht und gezeigt, wie es geht. 2. Auflage, Redaktionsschluss: 19.03.2019

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:25Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-02-03Bitstream added on 2014-06-13T19:22:04Z : No. of bitstreams: 1 marchese_ja_dr_botfca.pdf: 1209124 bytes, checksum: 3852bccf50e18f3028e21b50674aba78 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Artemisia annua L. (Asteraceae) é uma planta herbácea altamente aromática, nativa da Ásia e aclimatada no Brasil. As folhas são fonte abundante de artemisinina, uma lactona sesquiterpênica que, conjuntamente aos seus derivados semi-sintéticos, apresentam ação efetiva contra as cepas resistentes das espécies de Plasmodium causadoras da malária. Os objetivos deste trabalho foram identificar o mecanismo fotossintético e avaliar o efeito de diferentes condições de temperatura e fotoperíodo no crescimento e desenvolvimento do acesso CPQBA 2/39x1V de A. annua. Para identificar o mecanismo fotossintético foram realizados experimentos para determinar composição dos isótopos do carbono (d 13C) e a anatomia foliar associada a testes histoquímicos. Para avaliar o efeito da temperatura e fotoperíodo no crescimento e desenvolvimento de A. annua foram realizados dois experimentos em câmaras fotoperiódicas (o primeiro com temperaturas médias máx. de 37ºC e mín. de 19ºC e o segundo com máx. de 29ºC e mín. de 13ºC) e um experimento com 6 épocas de plantio em campo no município de Pato Branco-PR (26º11' S, 52º36' W e 760 m de altitude), sul do Brasil. Um último experimento realizado, foi a aplicação exógena de artemisinina em plantas de A. annua para verificar o papel da molécula na indução do florescimento. Como resultados, A. annua apresentou uma d 13C - 31.76 l 0.07, valor típico de espécies com mecanismo fotossintético C3, que apresentam em média valores de d 13C - 28. Os estudos da anatomia foliar e testes histoquímicos confirmaram os resultados encontrados para a d 13C, onde, a despeito da existência de células parenquimáticas formando um anel ao redor do feixe vascular, estas não apresentaram cloroplastos e amido, confirmando ser A. annua uma espécie de mecanismo... / Leaves of Artemisia annua L. are a plentiful source of artemisinin, a drug with proven effectiveness against malaria. One of the objectives of this work was to identify the photosynthetic type of A. annua through studies of the carbon isotope composition (d 13C) and the leaf anatomy. We also verified the growth and development of the CPQBA 2/39x1V accession under moist subtropical climate. Two experiments were carried out in greenhouse using photoperiodic chambers. The plants were submitted to photoperiods of 7, 9, 11, 13, 15 and 17 h, in two natural conditions of temperature: spring/summer (maximum of 37ºC and minimum of 19ºC) and autumn/winter (maximum of 29ºC and minimum of 13ºC). Another experiment with different planting dates at field was carried out in Pato Branco, PR (26º11' S, 52º36' W and 760 m), Southern part of Brazil. The last experiment was the application of artemisinin (0, 500, 5000, and 10000 mg L-1) in A. annua plants to verify the role of the molecule on the flowering induction. A. annua presented a d 13C - 31.76 l 0.07, what characterizes it as typical species with a C3 photosynthetic mechanism, with an average of d 13C- 28, while C4 species possess an average of d 13C - 14. The study of A. annua leaf anatomy confirms the results of d 13C, where, in spite of the existence of parenchymatic cells forming a different sheath surrounding of the vascular tissue, these cells do not have chloroplast or starch. These features do not describe the Kranz anatomy typical of C4 species. The application of artemisinin did not induce the flowering of A. annua at any of the concentrations used. The results suggest that the accumulation of the artemisinin in the pre-flowering and flowering phases in A. annua is not the physiological signal of floral induction in this species...