Chan Man Ling. / Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 2006. / Includes bibliographical references (leaves 102-114). / Abstracts in English and Chinese. / Table of Contents / ACKNOWLEDGEMENTS --- p.iii / ABSTRACT --- p.iv / TABLE OF CONTENTS --- p.vii / LIST OF FIGURES --- p.xi / LIST OF TABLES --- p.xiii / LIST OF ABBREVIATIONS --- p.xiv / Chapter CHAPTER 1. --- GENERAL INTRODUCTION --- p.1 / Chapter CHAPTER 2. --- LITERATURE REVIEW --- p.4 / Chapter 2.1 --- The importance of rice --- p.4 / Chapter 2.2 --- The prevalence of hunger and malnutrition --- p.4 / Chapter 2.3 --- Limitation of essential amino acids in crop plants --- p.5 / Chapter 2.4 --- Lysine biosynthesis and catabolism --- p.7 / Chapter 2.5 --- Lysine biosynthetic pathway --- p.7 / Chapter 2.5.1 --- The biosynthesis of aspartate --- p.7 / Chapter 2.5.2 --- The aspartate family pathway --- p.9 / Chapter 2.5.2.1 --- Aspartate kinase (AK) --- p.11 / Chapter 2.5.2.2 --- Dihydrodipicolinate synthase (DHPS) --- p.13 / Chapter 2.5.2.3 --- Threonine Synthase (TS) and other enzymes --- p.15 / Chapter 2.6 --- The lysine catabolic pathway --- p.16 / Chapter 2.6.1 --- "LKR-SDHproteins, mRNAs and genes" --- p.18 / Chapter 2.6.2 --- Regulation of lysine catabolic pathway --- p.21 / Chapter 2.6.2.1 --- Regulation at biochemical level --- p.21 / Chapter 2.6.2.2 --- Regulation through linkage between LKR and SDH --- p.22 / Chapter 2.6.2.3 --- Regulation through LKR/SDH gene expression --- p.24 / Chapter 2.6.2.4 --- Implication of regulatory mechanism of saccharopine pathway --- p.26 / Chapter 2.7 --- Overall regulation of lysine content in plants --- p.27 / Chapter 2.8 --- Increasing lysine content in plants --- p.28 / Chapter 2.8.1 --- "Breeding, selection and naturally occurring mutants" --- p.28 / Chapter 2.8.2 --- Induced biochemical mutants --- p.29 / Chapter 2.8.3 --- Transgenic plants --- p.31 / Chapter 2.8.4 --- Insight into the way of lysine accumulation --- p.35 / Chapter 2.9 --- Gene silencing in plant --- p.36 / Chapter 2.9.1 --- Mechanism of antisense RNA and RNAi --- p.36 / Chapter 2.9.2 --- Application of antisense technology to produce transgenic plants --- p.39 / Chapter 2.10 --- Hypothesis --- p.41 / Chapter CHAPTER 3. --- MATERIALS AND METHODS --- p.43 / Chapter 3.1 --- Chemicals --- p.43 / Chapter 3.2 --- Bacterial strains --- p.43 / Chapter 3.3 --- Chimeric gene construction for rice transformation --- p.43 / Chapter 3.3.1 --- Plasmids and genetic materials --- p.43 / Chapter 3.3.2 --- Construction of chimeric genes with seed-specific promoters --- p.46 / Chapter 3.3.3 --- Construction of chimeric gene with 35S promoter --- p.51 / Chapter 3.3.4 --- Construction of antisense and RNAi constructs --- p.53 / Chapter 3.3.5 --- "Construction of chimeric genes expressing AK, DHPS and RNAi synchronously" --- p.58 / Chapter 3.3.6 --- Confirmation of sequence fidelity of chimeric genes --- p.59 / Chapter 3.4 --- Rice transformation --- p.59 / Chapter 3.4.1 --- Plant materials --- p.59 / Chapter 3.4.2 --- Preparation of Agrobacterium --- p.59 / Chapter 3.4.3 --- Agrobacterium-mediated rice transformation --- p.60 / Chapter 3.4.3.1 --- Callus induction from mature seed embryos --- p.60 / Chapter 3.4.3.2 --- Callus induction from immature seed embryos --- p.60 / Chapter 3.4.3.3 --- "Co-cultivation, selection and regeneration of transgenic rice" --- p.60 / Chapter 3.5 --- Analysis of transgenic expression --- p.62 / Chapter 3.5.1 --- Genomic DNA extraction --- p.62 / Chapter 3.5.2 --- Total RNA extraction --- p.62 / Chapter 3.5.3 --- Synthesis of DIG-labeled DNA probe / Chapter 3.5.4 --- Southern blot analysis --- p.65 / Chapter 3.5.5 --- Northern blot analysis --- p.65 / Chapter 3.5.6 --- Extraction of immature seed protein --- p.65 / Chapter 3.5.7 --- Tricine SDS-PAGE --- p.66 / Chapter 3.5.8 --- Western blot analysis --- p.66 / Chapter 3.6 --- Free amino acid analysis --- p.67 / Chapter CHAPTER 4. --- RESULTS --- p.68 / Chapter 4.1 --- Construction of chimeric genes --- p.68 / Chapter 4.2 --- Rice transformation --- p.70 / Chapter 4.3 --- Detection of target genes in transgenic rice lines --- p.72 / Chapter 4.3.1 --- PCR of Genomic DNA --- p.72 / Chapter 4.3.2 --- Southern blot analysis --- p.75 / Chapter 4.4 --- Northern blot analysis --- p.77 / Chapter 4.5 --- "Western blot analysis ofAK, DHPS and LKR protein" --- p.80 / Chapter 4.6 --- Free amino acid analysis --- p.82 / Chapter 4.6.1 --- Free lysine content --- p.82 / Chapter 4.6.2 --- Changes of other amino acids --- p.84 / Chapter CHAPTER 5. --- DISCUSSION --- p.93 / Chapter 5.1 --- Rice transformation and transgene expression --- p.93 / Chapter 5.2 --- Co-expression of E. coli feedback-insensitive AK and DHPS --- p.94 / Chapter 5.3 --- Enhancing free Lys through down-regulation of LKR --- p.95 / Chapter 5.4 --- Co-expression of AK and DHPS together with down-regulation of LKR --- p.96 / Chapter 5.5 --- Free amino acid changes in different genotypes --- p.97 / Chapter 5.6 --- Future perspectives --- p.98 / Chapter CHAPTER 6. --- CONCLUSION --- p.100 / REFERENCES --- p.102

O crescente aumento da contaminação do solo por metais pesados, em especial o cádmio (Cd), associado à importância dos cereais, sendo estes nos países subdesenvolvidos e alguns em desenvolvimento a maior fonte protéica, são aspectos importantes que originaram a ideia deste estudo que procura analisar o metabolismo do aminoácido essencial lisina em milho (Zea mays), submetido à contaminação por Cd. Foram realizados vários ensaios a fim de se avaliar a atividade das principais enzimas do sistema antioxidante, a quantidade de aminoácidos solúveis totais e a atividade das enzimas da via do anabolismo e catabolismo da lisina. Os resultados foram apresentados na forma de dois capítulos. O capítulo 1 apresenta a caracterização bioquímica das plantas de milho (linhagem 161) submetidas ao estresse pelo Cd analisando-se a quantificação do metal nos diferentes tecidos vegetais, análise das principais enzimas do sistema antioxidante, quantificação de proteínas de reserva e aminoácidos solúveis totais, além da análise das principais enzimas da via da lisina. Os resultados da caracterização bioquímica mostraram que estes parâmetros avaliados não diferiram significativamente entre as plantas contaminadas e as do controle. No capítulo 2 foi realizada a análise das principais enzimas da via da lisina em um outro genótipo de milho, sendo uma variedade comercial (AL Avaré). De maneira geral, os resultados mostraram que o Cd induziu leves alterações nas atividades de algumas enzimas da via da lisina. Além disso, foram observadas diferenças entre os dois genótipos, tanto nas atividades específicas de enzimas como na quantificação de aminoácidos livres. Além dos dois capítulos, foram incluídos dois estudos complementares, que trouxeram análises adicionais ao estudo principal. O estudo complementar 1, apresenta os resultados de um estudo com plântulas de milho, de diferentes genótipos, sendo um com maiores teores de lisina (opaco2) e os outros para alta eficiência no uso de nitrogênio (EUN) e para baixa EUN. Tanto os resultados da peroxidação lipídica, quanto a quantidade de aminoácidos solúveis totais apresentaram diferenças entre os genótipos e doses de Cd utilizadas. O estudo complementar 2 apresenta alguns dados de enzimas antioxidantes, em PAGE não-desnaturante, de coleóptilos e radículas de embriões imaturos (sem a presença de endosperma) e germinados na presença de Cd. Estes dados mostraram uma nítida resposta antioxidante. Além disso, foram analisadas algumas células provenientes de radículas de sementes de milho germinada na presença de Cd, a fim de se avaliar os danos do metal sobre o DNA. Em resumo, os resultados obtidos neste estudo nos ajudaram a entender um pouco mais sobre o efeito do Cd nos processos fisiológicos e bioquímicos das plantas analisadas. Entretanto, estes dados podem ser considerados o ponto de partida para estudos mais detalhados. / The increase of soil contamination by heavy metals, especially cadmium (Cd), associated with the importance of cereals, which are the major source of protein in the underdeveloped and some developing countries, are important aspects that gave rise to the idea for this study which tries to analyze the metabolism of the essential amino acid lysine in maize (Zea mays), submitted to the contamination by Cd. Several tests were carried out to evaluate the activity of the main enzymes of the antioxidant system, the amount of total soluble amino acids and the activity of enzymes of lysine metabolism. The results were presented two chapters. Chapter 1 reports the biochemical characterization of the maize plants (a line with higher levels of lysine, L161) submitted to stress by Cd analyzing the metal quantification in different plant tissues, analysis of the main enzymes of the antioxidant system, quantification of reserve proteins and total soluble amino acids, in addition to the analysis of the main enzymes of lysine pathway The results showed that these parameters did not differ significantly between contaminated plants and those of the control. In Chapter 2 the main enzymes of lysine metabolism were analyzed in a commercial variety of maize (AL Avaré). Overall, the results showed that Cd induced slight changes in the activities of some enzymes of lysine pathway. In addition, differences were observed between the two genotypes, both in the specific activities of enzymes and on quantification of soluble amino acids. In addition to the two chapters, two complementary studies were included, which provided additional analyzes to the main study. Complementary study 1 presents the results of a study with maize seedlings of different genotypes, one with higher lysine (opaque2) and others for high efficiency in nitrogen use (EUN) and low EUN. Lipid peroxidation results and the amount of total soluble amino acids showed differences between the genotypes and the Cd concentrations used. Complementary study 2 presents some non-denaturing antioxidant enzyme data from coleoptiles and immature embryo rootlets (without the presence of endosperm) and germinated in the presence of Cd. These data showed a clear antioxidant response. In addition, some cells from germinated maize seedlings were analyzed in presence of Cd in order to evaluate the damage of the metal on the DNA. In summary, the results obtained in this study helped us to understand a little more about the effect of Cd on the physiological and biochemical processes of the plants analyzed. However, these data can be considered the starting point for more detailed studies.

Orientador: Paulo Arruda / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-16T11:56:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Serrano_GuilhermeCoutinhodeMelo_M.pdf: 1314215 bytes, checksum: f2ea574317887a52e797252a637d3649 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A lisina é considerada um aminoácido essencial, pois é componente fundamental de proteínas e não pode ser sintetizado por animais, sendo necessário ingeri-lo em sua forma final. Sua concentração é baixa em cereais, principal fonte de alimento animal e sua carência pode trazer sérios danos ao organismo, principalmente relacionados ao sistema nervoso. Por outro lado, seu excesso, causado pela deficiência na degradação, também é danoso podendo levar ao retardo no desenvolvimento mental. A síntese da lisina em plantas e bactérias é realizada principalmente pela via do ácido aspártico, que além desse aminoácido é responsável pela produção de treonina, metionina e isoleucina. A degradação da lisina em animais e plantas ocorre principalmente pela via da sacaropina. Essa via, por sua vez, é utilizada para a síntese de lisina em fungos. Assim, tanto a síntese como a degradação de lisina em diferentes organismos possuem arquiteturas metabólicas particulares que, durante o processo evolutivo, foram selecionadas para adequar-se as necessidades do metabolismo, diferenciação e desenvolvimento. Até o momento não existia indício da existência e da funcionalidade da via do ácido aspártico em animais e nem da via da sacaropina em bactérias. O presente trabalho apresenta um conjunto de resultados que sugerem a existência da via do ácido aspártico em insetos e a via da sacaropina em bactérias. Foram identificados em Anopheles gambie e Aedes aegypti, respectivamente 6 e 5 genes dos 9 que compõem a via do ácido aspártico em bactérias. A análise de similaridade de sequências sugere que os genes da via do ácido aspártico encontrados nos insetos pode ter se originado a partir de bactérias endosimbióticas. A necessidade da via de síntese de lisina nesses insetos pode estar ligada a fonte de alimentação, em alguns casos deficiente em aminoácidos essenciais. Quanto à degradação da lisina, os resultados sugerem a existência, em alguns grupos de bactérias, dos genes que codificam as enzimas lisinacetoglutarato redutase e sacaropina desidrogenase (lkr e sdh), responsáveis pelos passos iniciais da via em plantas e animais. Em alfa-proteobactérias, encontramos os genes lkr e sdh ligados em tandem na forma de um operon. Em plantas e animais esses genes também são ligados e codificam um polipeptídio bifuncional contendo as atividades da LKR e de SDH. O operon da lkr e sdh encontrado em alfaproteobactérias contém também os genes que codificam as enzimas glutationa-Stransferase (GST) e fosfogliceraldeído mutase (FM). Essa estrutura genômica sugere que a LKR e a SDH podem fazer parte de um conjunto de enzimas importantes na defesa contra estresse oxidativo, além da degradação da lisina como pode ser demonstrado pela atividade enzimática de LKR e SDH nesse organismo. A análise da estrutura genômica dos genes da via da sacaropina em bactérias revelou um fato curioso. Em plantas existe um peptídeo de aproximadamente 100 aminoácidos intercalando os domínios polipeptídicos da LKR e da SDH. Esse peptídeo, denominado de interdomínio (ID) é exclusivo de plantas, não tendo sido encontrado em nenhum dos genomas de eucariotos seqüenciados até o momento. Seqüências similares ao ID foram encontradas em cianobacterias e algumas archeobacterias, porém em nenhum caso esses IDs puderam ser associados com seqüências codificadoras de LKR e/ou SDH. Neste trabalho buscamos remontar uma possível história evolutiva da via da sacaropina e apresentamos uma hipótese evolutiva para a origem dos genes LKR e SDH de plantas e animais / Abstract: Lysine is an amino acid that is not synthesized by animals and therefore need to be ingested in its final form. Lysine concentration is low in cereals and the lack of this amino acid in diet can cause severe damage to the organism specially associated to the nervous system. On the other hand its excess, caused by the deficiency in the degradation of lysine, can also lead to organism disorder as mental development retardation. Lysine is mainly synthesized trough the aspartate pathway in plant and bacteria and the same pathway can also lead to synthesis of threonine, methionine and isoleucine. Lysine degradation occours trough the saccharopine pathway in animal and plant, but other pathways are known for bacteria and fungi. Until now there was not an evidence of the existence of any of the pathways. Here we present new data of the existence of the aspartate pathway in animals and the saccharopine pathway bacteria respectively. We were able to demonstrate the existence of most of the genes that compose the aspartate pathway in Anopheles gambie e Aedes aegypti and sequence clustering suggest a possible origin of these genes from endosymbiontic bacteria. Concerning the lysine degradation, we have gathered data that indicates the existence of genes responsible for producing the proteins for two first enzymatic steps, lysine ketoglutarate redutase (LKR) and saccharopine dehidrogenase (SDH), in bacteria. Exclusively in Proteobacteria we found these genes in the exact same structure of animals and plants and we were able to detected enzymatic activity for LKR and SDH. Curiously these genes are inside a single operon that also has glutatione s transferase and phosphoglyceraldehide mutase, both genes previously associated with defense against oxidative stress. This may suggest a possible new role for LKR/SDH in preventing oxidative stress. The analysis of amino acid sequence and domains of LKR/SDH in plant, animals and fungus, shows that there is a region of approximately 110 aa between LKR and SDH domains that is exclusive to plants, we called this region the inter domain (ID). Interestedly we found only in Cyanobacterial this typical plant domain, the ID. After these novel results we attempted to reconstruct the evolutionary history of pathway, suggesting an explanation for the origin of plants and animals LKR and SDH / Mestrado / Genetica Vegetal e Melhoramento / Mestre em Genética e Biologia Molecular

O crescente aumento da contaminação do solo por metais pesados, em especial o cádmio (Cd), associado à importância dos cereais, sendo estes nos países subdesenvolvidos e alguns em desenvolvimento a maior fonte protéica, são aspectos importantes que originaram a ideia deste estudo que procura analisar o metabolismo do aminoácido essencial lisina em milho (Zea mays), submetido à contaminação por Cd. Foram realizados vários ensaios a fim de se avaliar a atividade das principais enzimas do sistema antioxidante, a quantidade de aminoácidos solúveis totais e a atividade das enzimas da via do anabolismo e catabolismo da lisina. Os resultados foram apresentados na forma de dois capítulos. O capítulo 1 apresenta a caracterização bioquímica das plantas de milho (linhagem 161) submetidas ao estresse pelo Cd analisando-se a quantificação do metal nos diferentes tecidos vegetais, análise das principais enzimas do sistema antioxidante, quantificação de proteínas de reserva e aminoácidos solúveis totais, além da análise das principais enzimas da via da lisina. Os resultados da caracterização bioquímica mostraram que estes parâmetros avaliados não diferiram significativamente entre as plantas contaminadas e as do controle. No capítulo 2 foi realizada a análise das principais enzimas da via da lisina em um outro genótipo de milho, sendo uma variedade comercial (AL Avaré). De maneira geral, os resultados mostraram que o Cd induziu leves alterações nas atividades de algumas enzimas da via da lisina. Além disso, foram observadas diferenças entre os dois genótipos, tanto nas atividades específicas de enzimas como na quantificação de aminoácidos livres. Além dos dois capítulos, foram incluídos dois estudos complementares, que trouxeram análises adicionais ao estudo principal. O estudo complementar 1, apresenta os resultados de um estudo com plântulas de milho, de diferentes genótipos, sendo um com maiores teores de lisina (opaco2) e os outros para alta eficiência no uso de nitrogênio (EUN) e para baixa EUN. Tanto os resultados da peroxidação lipídica, quanto a quantidade de aminoácidos solúveis totais apresentaram diferenças entre os genótipos e doses de Cd utilizadas. O estudo complementar 2 apresenta alguns dados de enzimas antioxidantes, em PAGE não-desnaturante, de coleóptilos e radículas de embriões imaturos (sem a presença de endosperma) e germinados na presença de Cd. Estes dados mostraram uma nítida resposta antioxidante. Além disso, foram analisadas algumas células provenientes de radículas de sementes de milho germinada na presença de Cd, a fim de se avaliar os danos do metal sobre o DNA. Em resumo, os resultados obtidos neste estudo nos ajudaram a entender um pouco mais sobre o efeito do Cd nos processos fisiológicos e bioquímicos das plantas analisadas. Entretanto, estes dados podem ser considerados o ponto de partida para estudos mais detalhados. / The increase of soil contamination by heavy metals, especially cadmium (Cd), associated with the importance of cereals, which are the major source of protein in the underdeveloped and some developing countries, are important aspects that gave rise to the idea for this study which tries to analyze the metabolism of the essential amino acid lysine in maize (Zea mays), submitted to the contamination by Cd. Several tests were carried out to evaluate the activity of the main enzymes of the antioxidant system, the amount of total soluble amino acids and the activity of enzymes of lysine metabolism. The results were presented two chapters. Chapter 1 reports the biochemical characterization of the maize plants (a line with higher levels of lysine, L161) submitted to stress by Cd analyzing the metal quantification in different plant tissues, analysis of the main enzymes of the antioxidant system, quantification of reserve proteins and total soluble amino acids, in addition to the analysis of the main enzymes of lysine pathway The results showed that these parameters did not differ significantly between contaminated plants and those of the control. In Chapter 2 the main enzymes of lysine metabolism were analyzed in a commercial variety of maize (AL Avaré). Overall, the results showed that Cd induced slight changes in the activities of some enzymes of lysine pathway. In addition, differences were observed between the two genotypes, both in the specific activities of enzymes and on quantification of soluble amino acids. In addition to the two chapters, two complementary studies were included, which provided additional analyzes to the main study. Complementary study 1 presents the results of a study with maize seedlings of different genotypes, one with higher lysine (opaque2) and others for high efficiency in nitrogen use (EUN) and low EUN. Lipid peroxidation results and the amount of total soluble amino acids showed differences between the genotypes and the Cd concentrations used. Complementary study 2 presents some non-denaturing antioxidant enzyme data from coleoptiles and immature embryo rootlets (without the presence of endosperm) and germinated in the presence of Cd. These data showed a clear antioxidant response. In addition, some cells from germinated maize seedlings were analyzed in presence of Cd in order to evaluate the damage of the metal on the DNA. In summary, the results obtained in this study helped us to understand a little more about the effect of Cd on the physiological and biochemical processes of the plants analyzed. However, these data can be considered the starting point for more detailed studies.

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O arroz está entre os cereais mais consumidos do mundo. A desnutrição por micronutrientes como zinco (Zn) e ferro (Fe) é generalizada, especialmente em populações pobres, cujas calorias diárias são obtidas principalmente pelo consumo de cereais. Apesar de o arroz ser diferenciado por possuir maior quantidade de lisina em seus grãos em comparação ao trigo, milho ou cevada, a sua quantidade de proteínas representa somente de 8-9% do grão. Sendo o Zn é um micronutriente correlacionado com o funcionamento vital de plantas e animais, e estando relacionado direta e indiretamente com a síntese e funcionamento de várias proteínas, a proposta deste trabalho foi analisar a possível correlação da quantidade de Zn encontrado no grão com o perfil das proteínas de reserva, aminoácidos solúveis, enzimas envolvidas no metabolismo do ácido aspártico e do fator antinutricional ácido fítico, nos grãos de diferentes genótipos de arroz, avaliando primordialmente as diferenças inerentes de cada material genético a fim de agregar conhecimentos que possam ser utilizados como ferramenta para o melhoramento dessa espécie, visando ganho nutricional em seu grão. Para tanto, foram executados dois experimentos distintos. No primeiro foram avaliados três genótipos, os quais foram expostos à adubação foliar com sulfato de zinco, nas concentrações 0, 2 e 4 kg.ha-1 de ZnSO4.7H2O, buscando aumentar-se o nível de Zn nos grãos. No entanto não se verificou incremento significativo do metal na porção de interesse alimentar, sendo a variação encontrada nas concentrações de Zn em grãos integrais e polidos foram inerentes aos genótipos. Ainda assim, foram verificados os outros aspectos nutricionais, para os quais os resultados apontaram diferenças significativas entre os tipos de grãos analisados, sendo indicado o consumo de grão integral ao polido, destacando-se o genótipo Primavera, que apresentou maior concentração de proteínas e menor quantidade de fitato. Esse experimento ainda confirmou que o catabolismo da lisina é a principal via de modulação para o acréscimo desse aminoácido no grão. Para a execução do segundo experimento foram utilizados 16 genótipos cultivados no Brasil, buscando caracterizar a diversidade genética em relação às principais propriedades do grão relacionadas à qualidade nutricional humana. Os dados mostraram que apesar do Zn estar correlacionado positivamente com fitato, não há relação direta entre a concentração desse elemento com a síntese e concentração de aminoácidos e nem com a concentração total de proteínas de reserva. No entanto, com os resultados obtidos para grão integral em relação às características nutricionais, permite apresentar os genótipos Carolino e Goiano como os de melhor desempenho, além de ressaltar a importância da camada da aleurona do grão, já que está relacionada com todas as características nutricionais importantes para um projeto de bioforticação, indicando que estudos devem ser intensificados para entender o transporte de nutrientes até o interior do endosperma, ou ainda, que o consumo de arroz integral deve ser mais reforçado. / Human malnutrition due to low intake of the micronutrients zinc (Zn) and iron (Fe) is relatively common in poor population, who uses cereals as main sources of calories. Currently, rice is one of the most consumed cereals worldwide but, despite its high lysine concentration in comparison to other cereal crops, rice grains have low protein contents (8-9%). Therefore, the current work aimed to evaluate the influence of additional Zn supply on amino acid profile, storage proteins, macro- and micronutrients, as well as on phytate concentration, and on activity of enzymes from lysine metabolism in grains of different rice genotypes, primarily evaluating the inherent differences of each genetic material in order to aggregate knowledge like a tool for the improvement of this species, aiming nutritional gain in its grain. For this purpose, two different experiments were performed. First of all, three genotypes were evaluated and exposed to foliar fertilization with zinc sulfate, in the concentrations 0, 2 and 4 kg.ha-1 of ZnSO4.7H2O, seeking to increase the level of Zn in the grains. However, there was no significant increase of the metal in the grain, and the variation found in Zn concentrations in brown and polished grains was according to the genotypes. Nevertheless, the other nutritional aspects were verified, for which the results indicated significant differences between the types of grains analyzed, being indicated the consumption of brown grain to instead polished one, and the genotype \'Primavera\' stood out with higher concentration of proteins and smaller amount of phytate. This experiment also confirmed that lysine catabolism is the main modulation pathway to increase this amino acid in the grain. For the second experiment 16 genotypes cultivated in Brazil were used to characterize the genetic diversity in relation to the major grain properties related to human nutritional quality. Zinc concentration was positively correlated to phytate, but no direct association between Zn and synthesis and concentration of amino acids or storage proteins was detected. Based on results, \'Carolino\' and \'Goiano\' rice cultivars presented the best performance. Moreover, due to the relevance of aleurone layer in retaining important nutritional features in rice grains, biofortification programs should investigate nutrient transportation from this region to endosperm in order to achieve better results.

O arroz está entre os cereais mais consumidos do mundo. A desnutrição por micronutrientes como zinco (Zn) e ferro (Fe) é generalizada, especialmente em populações pobres, cujas calorias diárias são obtidas principalmente pelo consumo de cereais. Apesar de o arroz ser diferenciado por possuir maior quantidade de lisina em seus grãos em comparação ao trigo, milho ou cevada, a sua quantidade de proteínas representa somente de 8-9% do grão. Sendo o Zn é um micronutriente correlacionado com o funcionamento vital de plantas e animais, e estando relacionado direta e indiretamente com a síntese e funcionamento de várias proteínas, a proposta deste trabalho foi analisar a possível correlação da quantidade de Zn encontrado no grão com o perfil das proteínas de reserva, aminoácidos solúveis, enzimas envolvidas no metabolismo do ácido aspártico e do fator antinutricional ácido fítico, nos grãos de diferentes genótipos de arroz, avaliando primordialmente as diferenças inerentes de cada material genético a fim de agregar conhecimentos que possam ser utilizados como ferramenta para o melhoramento dessa espécie, visando ganho nutricional em seu grão. Para tanto, foram executados dois experimentos distintos. No primeiro foram avaliados três genótipos, os quais foram expostos à adubação foliar com sulfato de zinco, nas concentrações 0, 2 e 4 kg.ha-1 de ZnSO4.7H2O, buscando aumentar-se o nível de Zn nos grãos. No entanto não se verificou incremento significativo do metal na porção de interesse alimentar, sendo a variação encontrada nas concentrações de Zn em grãos integrais e polidos foram inerentes aos genótipos. Ainda assim, foram verificados os outros aspectos nutricionais, para os quais os resultados apontaram diferenças significativas entre os tipos de grãos analisados, sendo indicado o consumo de grão integral ao polido, destacando-se o genótipo Primavera, que apresentou maior concentração de proteínas e menor quantidade de fitato. Esse experimento ainda confirmou que o catabolismo da lisina é a principal via de modulação para o acréscimo desse aminoácido no grão. Para a execução do segundo experimento foram utilizados 16 genótipos cultivados no Brasil, buscando caracterizar a diversidade genética em relação às principais propriedades do grão relacionadas à qualidade nutricional humana. Os dados mostraram que apesar do Zn estar correlacionado positivamente com fitato, não há relação direta entre a concentração desse elemento com a síntese e concentração de aminoácidos e nem com a concentração total de proteínas de reserva. No entanto, com os resultados obtidos para grão integral em relação às características nutricionais, permite apresentar os genótipos Carolino e Goiano como os de melhor desempenho, além de ressaltar a importância da camada da aleurona do grão, já que está relacionada com todas as características nutricionais importantes para um projeto de bioforticação, indicando que estudos devem ser intensificados para entender o transporte de nutrientes até o interior do endosperma, ou ainda, que o consumo de arroz integral deve ser mais reforçado. / Human malnutrition due to low intake of the micronutrients zinc (Zn) and iron (Fe) is relatively common in poor population, who uses cereals as main sources of calories. Currently, rice is one of the most consumed cereals worldwide but, despite its high lysine concentration in comparison to other cereal crops, rice grains have low protein contents (8-9%). Therefore, the current work aimed to evaluate the influence of additional Zn supply on amino acid profile, storage proteins, macro- and micronutrients, as well as on phytate concentration, and on activity of enzymes from lysine metabolism in grains of different rice genotypes, primarily evaluating the inherent differences of each genetic material in order to aggregate knowledge like a tool for the improvement of this species, aiming nutritional gain in its grain. For this purpose, two different experiments were performed. First of all, three genotypes were evaluated and exposed to foliar fertilization with zinc sulfate, in the concentrations 0, 2 and 4 kg.ha-1 of ZnSO4.7H2O, seeking to increase the level of Zn in the grains. However, there was no significant increase of the metal in the grain, and the variation found in Zn concentrations in brown and polished grains was according to the genotypes. Nevertheless, the other nutritional aspects were verified, for which the results indicated significant differences between the types of grains analyzed, being indicated the consumption of brown grain to instead polished one, and the genotype \'Primavera\' stood out with higher concentration of proteins and smaller amount of phytate. This experiment also confirmed that lysine catabolism is the main modulation pathway to increase this amino acid in the grain. For the second experiment 16 genotypes cultivated in Brazil were used to characterize the genetic diversity in relation to the major grain properties related to human nutritional quality. Zinc concentration was positively correlated to phytate, but no direct association between Zn and synthesis and concentration of amino acids or storage proteins was detected. Based on results, \'Carolino\' and \'Goiano\' rice cultivars presented the best performance. Moreover, due to the relevance of aleurone layer in retaining important nutritional features in rice grains, biofortification programs should investigate nutrient transportation from this region to endosperm in order to achieve better results.