Como os outros organismos, as plantas têm a habilidade de se defenderem através do reconhecimento de patógenos (resposta de hipersensibilidade - RH), causando a morte imediata das células no sítio primário da infecção, desta maneira oferecendo resistência ao seu crescimento. A RH é caracterizada pela necrose dos tecidos neste local, através de muitos sinais ainda não completamente elucidados, como a formação de radicais livres, incluindo o peróxido de hidrogênio (H2O2), e o reforço da parede celular. O objetivo deste estudo foi estabelecer a relação entre esses sinais em cultura de células de amora-preta (Rubus fruticosus). As condições experimentais para a análise da parede celular, das espécies reativas de oxigênio (EROs) e do H2O2 foram padronizadas. O polissacarídeo ácido (ramnoglucuronogalactana, F-I), o ácido salicílico (AS), e o metil jasmonato (MeJA), bem estabelecidos efetores da resposta da defesa, foram usados como elicitores. A produção das EROs e do H2O2 foram ativadas por F-I e pelo AS, seguidos da liberação de fragmentos de dissacarídeos da parede celular, aparentemente devido a sua degradação. Por outro lado, uma produção pequena de EROs e de H2O2 foram observadas na presença de MeJA, assim como um aumento de fragmentos de massa molecular mais elevada, que podem funcionar como sinais para o reforço da parede celular, indução de enzimas e para a produção de outra moléculas de defesa. Quando da elicitação, concomitante, com dois elicitores, AS + MeJA, houve a inibição da produção de EROs causada pelo MeJA e foi mantida a liberação de compostos extracelulares de massa molecular mais elevada. / Like the other organisms, plants have the ability to self-defend through recognition of pathogens (hypersensitive response - HR), causing immediate cell death at the primary infection site, thus offering resistance to their grown. The HR is characterized by necrosis of tissues in this site via many signals still not completely elucidated, like formation of free radicals including H2O2 and reinforcement of cell wall. The aim of this study was to establish the relationship between these signals in blackberry-black cell culture (Rubus fruticosus). The experimental conditions for analysis of cell wall, reactive oxygen species (ROS) and H2O2, were established. Acid polysaccharide (rhamnoglucuronogalactan, F-I), salicylic acid (SA), and methyl jasmonate (MeJA), well established effectors of the defense response, were used as elicitors. ROS and H2O2 production was activated by F-I and SA, followed by release of fragments like disaccharides from the cell wall, apparently due to its degradation. By contrast, a small production of ROS and H2O2 was observed in presence of MeJA, as well as an increase of high molecular weight fragments, that may function as signals for reinforcement of cell wall, enzyme induction and production of others defense molecules. Together, the two elicitors SA and MeJA inhibited the ROS production, caused by MeJA, while sustaining release of the extra cellular compounds of high molecular weight.

RESUMO A morte celular programada (PCD) é um processo vital que ocorre em todos os eucariotos. Em plantas, os mecanismos básicos que governam a PCD não estão esclarecidos. Sabe-se que a PCD em plantas é ativada pelo acúmulo de ácido salicílico e influxo de íons cálcio, bem como pela geração de ERO que ocorre nos cloroplastos e nas mitocôndrias. Além disso, as plantas possuem um grupo de proteases denominadas metacaspases, que assemelham-se estruturalmente com as caspases, proteínas que executam PCD em animais. Apesar destes conhecimentos, os mecanismos que governam a ativação da PCD são desconhecidos. Nesse contexto, o presente trabalho procurou investigar alguns fatores possivelmente envolvidos em PCD vegetal. Com esse objetivo, foram isoladas e caracterizadas mitocôndrias de cultura de células em suspensão de Rubus fruticosus. Foram avaliados os efeitos do Ca2+ e do AS sobre as funções mitocondriais, dentre elas a geração de ERO, diminuída pelo AS, porém aumentada por Ca2+. Um mecanismo foi proposto para explicar a diminuição de ERO pelo AS e as respostas observadas para AS e Ca2+ sobre as mitocôndrias são discutidas com base no possível envolvimento na PCD vegetal. A segunda parte do trabalho envolveu a expressão e caracterização de metacaspases (AtMCPs) em Arabidopsis thaliana. As proteases demonstraram autoprocessamento quando superexpressas in planta, assim como ocorre com as caspases em animais. A expressão de AtMCPs nesse modelo não produziu nenhum fenótipo de morte celular, sugerindo que o fenômeno ocorra por meio da integração de duas ou mais metacaspases. Foram estudadas também as propriedades biológicas de AtMCPs recombinantes em E. coli, demonstrando-se diferentes efeitos. Nossos estudos visam contribuir para a melhor compreensão de mecanismos básicos possivelmente envolvidos na PCD em plantas superiores. / ABSTRACT Programmed cell death (PCD) is a fundamental process that occurs in all eukaryotes. In plants, such phenomenon is not well understood. It is known that PCD in plants is activated through salicylic acid (SA) accumulation, Ca2+ ion fluxes, as well as reactive oxygen species (ROS) generation, which occurs mainly in chloroplasts and mitochondria. Besides, plants have a family of proteases, named metacaspases, which are proteases structurally similar to the caspases, members of proteins involved in animal PCD execution. In despite of this knowledge, the mechanism by which plant PCD is activated remains elusive. In this context, the aim of this work was to investigate some factors potentially involved in plant PCD. To this purpose, mitochondria from cell suspension cultures of Rubus fruticosus were isolated and characterized. It was investigated the effects of SA and Ca2+ on mitochondrial functions, as well. We have focused on ROS generation, which are important signals involved in plant PCD. It was shown that Ca2+ increased ROS generation, while SA decreases such production. A mechanism was proposed to explain the SA effects on isolated mitochondria, and the responses obtained from Ca2+ and SA addition on the organelle are discussed, based on the possible involvement of these effects in plant PCD. In the second part of this work, it was investigated the expression of metacaspases (AtMCPs) in the model plant Arabidopsis thaliana. The proteases have demonstrated self-processing when expressed in planta, similar to the animal caspases. Such expression did not cause any cell death phenotype, suggesting that PCD could be activated through the integration of two or more MCPs, if they are involved. It was investigated the effects of recombinant AtMCPs in E. coli, as well, demonstrating different responses. Our work contributes to a better understanding of factors potentially involved in plant PCD.

A aplicação de ar quente em videiras foi primeiramente realizada na fazenda do Sr. Florenzo Lazo, localizada no Chile, onde havia a necessidade de combater os efeitos negativos das freqüentes geadas que resultava em severos danos à lavoura. Por este motivo o Sr. Florenzo inventou uma máquina que aplicava ar quente com baixa umidade e tinha por objetivo dispersar o ar frio proveniente das geadas. Após certo tempo, foi observado pelo produtor que no local onde a máquina havia operado com maior frequência as plantas apresentavam-se com uma coloração mais escura e com sinais de maior vitalidade. Seguindo estas observações, relacionamos estes efeitos a um possível aumento nos fito-hormônios relacionados ao estresse vegetal e à SAR (Systemic Resistence Adquired), como o ácido salicílico (AS), ácido jasmônico (AJ) e ácido abscísico (ABA), além de fazer uma correlação com alguns resultados de pós-colheita importantes para a comercialização, como: Sólidos solúveis, firmeza e coloração. Para isso foi montado um experimento que foi conduzido em duas parcelas, sendo uma com tratamento TPC e outra apenas com o tratamento convencional com distância padronizada em 3,2 metros entre linhas por 2,0 metros entre planta. As amostras eram coletadas diariamente e devidamente acondicionadas. Ao final da safra, as amostras foram transportadas para o laboratório de estresse e neurofisiologia da universidade de São Paulo (LEPSE), onde foram novamente armazenadas em um Ultra-freezer - 86ºC. As analises fisiológicas de pós-colheita foram realizadas no departamento de pós-colheita da universidade de São Paulo onde foram analisados os teores de sólidos solúveis, coloração e firmeza das bagas de uva. As amostras de folhas foram maceradas e uniformizadas no LEPSE e enviadas para o laboratório de ecotoxicologia do Centro de Energia Nuclear na Agricultura (CENA) onde foram mensurados os teores dos fito-hormônios pelo método de espectrometria de massa. Para ambas as analises foram feitos testes estatísticos utilizando o programa SAS®. Não houve alteração de SS e firmeza entre os dois tratamentos para as características fisiológicas de póscolheita. Entretanto foi notado uma redução na coloração avermelhada para os cachos tratados com TPC seguindo o sistema de colorimetria proposto pelo CIE. Não houve alterações significantes para as variáveis ABA, AJ e AS para o efeito tratamento e para a analise de correlação. Entretanto notou-se significância entre o efeito dias para as variáveis ABA e AJ. Não foi notada significância para o efeito dias para a variável AS. Por se tratar de um estresse rápido, a TPC parece não causar estresse imediato nas plantas, entretanto notou-se indução de estresse ao longo do tempo, possivelmente devido à resposta lenta de ABA que aparentemente está envolvida com RNA e à síntese de proteínas S e R- ABA que são igualmente efetivas. Já para o AJ sugere-se que houve a produção de H2O2 por derivados de oligogalacturonideos, liberados por ação da enzima poligalacturonase, e um segundo mensageiro que ativam genes defensivos (genes tardios). O aumento na biossíntese do ABA e do AJ parece ter suprimido genes envolvidos na biossíntese do AS. / The application of hot air in grapevines was first held on the farm of Mr. Florenzo Lazo, located in Chile, to combat the negative effects of frequent frosts that resulted in severe damage to the crop. For this reason Mr. Florenzo invented a machine that applied hot air with low humidity and aimed to disperse the cold air from the frost. After a while, it was observed by the producer that where the machine had operated more frequently plants showed up with a darker and more signs of vitality. Following these observations, these effects relate to a possible increase in phytohormones related to plant stress and SAR (Systemic Resistance Adquired), such as salicylic acid (AS), jasmonic acid (AJ) and abscisic acid (ABA), besides making a correlation with results of some important postharvest for marketing, such as soluble solids, firmness and color. For this experiment was created that was conducted in two installments, the first one was treated with TPC and second one was applied only conventional treatment with standardized distance of 3.2 meters between lines by 2.0 meters between plant . The samples were collected daily and properly packed. At the end of the season, samples were transported to the laboratory stress and neurophysiology from the University of São Paulo (LEPSE), where they were again stored in an Ultra-freezer - 86 degrees. The physiological analyses of post-harvest were performed at the Department of Postharvest in University of Sao Paulo where we analyzed the levels of soluble solids, firmness and color in grape berries. The leaf samples were uniform macerated at LEPSE and sent to the laboratory of ecotoxicology in the Center for Nuclear Energy in Agriculture (CENA) where we measured the levels of the phytohormones by the method of mass spectrometry. For both analyzes were performed statistical tests using SAS ® program. There wasn`t change between the two treatments on physiological post-harvest characteristics. There was no change of SS and firmly between the two treatments for the physiological of post-harvest characteristics. However it was noted a reduction in red color for bunches treated with TPC following the colorimetry system by CIE. There were no significant changes to the variables ABA, AJ and AS for the treatment effect and to analyze the correlation. However significance was noted between the effect variables ABA days and AJ. No significant effect was noted for days variable for AS. Since it is a stress fast TPC does not seem to cause immediate stress in plants but it was noticed induction of stress over time, possibly due to slow response to ABA which apparently is involved in the synthesis of RNA and proteins S and R-ABA that are equally effective. As for AJ suggests that there was the production of H2O2 by derivatives of oligogalacturonides, released by action of the enzyme polygalacturonase, and a second messenger that activates defensive genes (late genes). The increase in ABA biosynthesis and AJ appears to have deleted genes involved in the biosynthesis of AS.

Orientador: Marcos Antonio Machado / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-23T15:02:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_TiagoSilva_M.pdf: 9792911 bytes, checksum: ad5dca1b90e42dd95db47317b65cb9be (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O resumo poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: The abstract is available with the full electronic document / Mestrado / Genetica Vegetal e Melhoramento / Mestre em Genética e Biologia Molecular

Made available in DSpace on 2016-01-26T18:56:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao.pdf: 324266 bytes, checksum: 7cb8130236c8d36814fc6baebf56c4e4 (MD5) Previous issue date: 2011-03-17 / Plants are always exposed to aggression of biotic and abiotic agents. Their protection pathway is essential, and it would increase the food production. Navy beans (Phaseolus vulgaris L) are of high economic importance and of agronomic value. It is a susceptible crop to temperature and to water stress, what could lead to metabolic alterations as the synthesis of protein defences. The objective of this work was to study the effect of salicylic acid and the cold shock applied to germinating seeds over the water deficit tolerance, during the beginning of the germination process by means of physiological variables and soluble protein expression. Seeds were embedded in moistened paper substrate, half of the sample in water and half in the salicylic acid (0.01mM) in the first 24 hours. Part of both treatments was then subjected to cold shock 24 hours at 7°C. After that all seeds, from both treatments were subjected to different mannitol induced water potentials: 0;-0.3; -0.6 and -1.2 MPa. Water was considered the zero potential. Four combinations were considered: without shock and salicylic acid (SCHSAS), with shock and without salicylic acid (CCHSAS), without shock with salicylic acid (SCHCAS) and with shock and salicylic acid (CCHCAS). Treatments were evaluated by germination, vigour classification, shoot and root dry weight and length, as by the rate shoot/root. After germination evaluation, five normal seedlings were used to protein and another five to proline extraction. Proline was determined in the whole seedling and protein in shoot and in the root, being compared by SDS-PAGE. Results were analyzed as a completely random design in a factorial design (4x4 as a combination of salicylic acid cold shock with the water restriction) by the Tukey s test (P< 5%) for average comparisons and with polynomial regression for water deficit. Electrophoretic patterns were analyzed by absence presence of bands. Germination was not affected by salicylic acid or by the cold shock treatments, but by the increase in the water deficit. Vigour was altered by salicylic acid and by the shock, being the last one affecting positively and the cold shock negatively. Salicylic acid increased length and weight, especially in the intermediary levels of water deficit. Protein expression of the treatments CCHCAS and SCHCAS showed the same electrophorectical patterns for shoot and root, with an increase in the expression for the lower potentials. The pattern of CCHSAS and SCHSAS treatments exhibited some different bands. / As condições ambientais desfavoráveis fazem com que os vegetais passem por adaptações e a forma como se protegem é essencial, podendo aumentar a produção e qualidade dos alimentos. O feijão (Phaseolus vulgaris L) é de grande valor econômico e de relevante interesse agronômico. Tratando-se de uma cultura de sensibilidade à temperatura e deficiência hídrica, podem ocorrer aclimatações e alterações no metabolismo celular, entre elas a síntese de proteínas de defesa. O objetivo deste trabalho foi estudar o efeito do ácido salicílico e do choque frio aplicados às sementes para a possível tolerância à restrição hídrica, durante o início do processo de germinação, por meio de variáveis fisiológicas e expressão de proteínas solúveis. As sementes foram embebidas em substrato papel a temperatura constante de 25°C em água ou solução aquosa correspondente a 2,5 vezes o peso do substrato seco, sendo parte das sementes em água e parte em solução de ácido salicílico à concentração de 0,01 Mm, pelas primeiras 24 horas. Metade das sementes embebidas em água como as embebidas em ácido salicílico foram transferidas para o choque frio, por 24 horas, à temperatura de 7°C. A seguir todas as sementes foram transferidas para um substrato simulando diferentes potenciais osmóticos: 0,0; -0,3; -0,6; -1,2 MPa induzidos por manitol, sendo considerado potencial zero o substrato umedecido com água, compondo quatro combinações sem choque sem ácido salicílico (SCHSAS), com choque sem ácido salicílico (CCHSAS), sem choque com ácido salicílico (SCHCAS) e com choque com ácido salicílico (CCHCAS). Os tratamentos foram avaliados por germinação, classificação de vigor, comprimento de parte aérea e raiz, massa seca da parte aérea e raiz e relação raiz/parte aérea. Após a avaliação da germinação, duas amostras de cinco plântulas normais, por repetição, foram utilizadas para determinação de prolina (plântula toda) e extração de proteínas totais e análise por eletroforese SDS PAGE de parte aérea e raiz. Os resultados foram analisados considerando o delineamento inteiramente casualizado em arranjo fatorial de 4x4 (combinação dos tratamentos com ácido salicílico e choque frio e níveis de deficiência de água no substrato), empregando-se Tukey (5% de probabilidade) para comparação de médias dos tratamentos qualitativos e análise de regressão polinomial para os níveis de deficiência. As análises de eletroforese foram avaliadas por imagem detectando-se presença e ausência de bandas. A germinação não foi influenciada pelos tratamentos com ácido salicílico e choque, mas diminuiu com a progressão da deficiência de água. O vigor foi alterado pelos tratamentos de ácido salicílico e choque, sendo que o tratamento com ácido salicílico influiu positivamente enquanto o choque negativamente. O tratamento com ácido salicílico proporcionou maiores comprimentos e massas secas de parte aérea e total das plântulas, principalmente nos níveis intermediários de deficiência de água. A expressão de proteínas dos tratamentos CCHCAS e SCHCAS revelou o mesmo padrão eletroforético tanto para parte aérea quanto para raiz com maior intensidade de expressão nos potenciais osmóticos menores. O perfil de bandas dos tratamentos CCHSAS e SCHSAS apresentou alteração revelando algumas bandas diferenciadoras.

Made available in DSpace on 2016-07-18T17:51:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao.pdf: 324266 bytes, checksum: 7cb8130236c8d36814fc6baebf56c4e4 (MD5) Previous issue date: 2011-03-17 / Plants are always exposed to aggression of biotic and abiotic agents. Their protection pathway is essential, and it would increase the food production. Navy beans (Phaseolus vulgaris L) are of high economic importance and of agronomic value. It is a susceptible crop to temperature and to water stress, what could lead to metabolic alterations as the synthesis of protein defences. The objective of this work was to study the effect of salicylic acid and the cold shock applied to germinating seeds over the water deficit tolerance, during the beginning of the germination process by means of physiological variables and soluble protein expression. Seeds were embedded in moistened paper substrate, half of the sample in water and half in the salicylic acid (0.01mM) in the first 24 hours. Part of both treatments was then subjected to cold shock 24 hours at 7°C. After that all seeds, from both treatments were subjected to different mannitol induced water potentials: 0;-0.3; -0.6 and -1.2 MPa. Water was considered the zero potential. Four combinations were considered: without shock and salicylic acid (SCHSAS), with shock and without salicylic acid (CCHSAS), without shock with salicylic acid (SCHCAS) and with shock and salicylic acid (CCHCAS). Treatments were evaluated by germination, vigour classification, shoot and root dry weight and length, as by the rate shoot/root. After germination evaluation, five normal seedlings were used to protein and another five to proline extraction. Proline was determined in the whole seedling and protein in shoot and in the root, being compared by SDS-PAGE. Results were analyzed as a completely random design in a factorial design (4x4 as a combination of salicylic acid cold shock with the water restriction) by the Tukey s test (P< 5%) for average comparisons and with polynomial regression for water deficit. Electrophoretic patterns were analyzed by absence presence of bands. Germination was not affected by salicylic acid or by the cold shock treatments, but by the increase in the water deficit. Vigour was altered by salicylic acid and by the shock, being the last one affecting positively and the cold shock negatively. Salicylic acid increased length and weight, especially in the intermediary levels of water deficit. Protein expression of the treatments CCHCAS and SCHCAS showed the same electrophorectical patterns for shoot and root, with an increase in the expression for the lower potentials. The pattern of CCHSAS and SCHSAS treatments exhibited some different bands. / As condições ambientais desfavoráveis fazem com que os vegetais passem por adaptações e a forma como se protegem é essencial, podendo aumentar a produção e qualidade dos alimentos. O feijão (Phaseolus vulgaris L) é de grande valor econômico e de relevante interesse agronômico. Tratando-se de uma cultura de sensibilidade à temperatura e deficiência hídrica, podem ocorrer aclimatações e alterações no metabolismo celular, entre elas a síntese de proteínas de defesa. O objetivo deste trabalho foi estudar o efeito do ácido salicílico e do choque frio aplicados às sementes para a possível tolerância à restrição hídrica, durante o início do processo de germinação, por meio de variáveis fisiológicas e expressão de proteínas solúveis. As sementes foram embebidas em substrato papel a temperatura constante de 25°C em água ou solução aquosa correspondente a 2,5 vezes o peso do substrato seco, sendo parte das sementes em água e parte em solução de ácido salicílico à concentração de 0,01 Mm, pelas primeiras 24 horas. Metade das sementes embebidas em água como as embebidas em ácido salicílico foram transferidas para o choque frio, por 24 horas, à temperatura de 7°C. A seguir todas as sementes foram transferidas para um substrato simulando diferentes potenciais osmóticos: 0,0; -0,3; -0,6; -1,2 MPa induzidos por manitol, sendo considerado potencial zero o substrato umedecido com água, compondo quatro combinações sem choque sem ácido salicílico (SCHSAS), com choque sem ácido salicílico (CCHSAS), sem choque com ácido salicílico (SCHCAS) e com choque com ácido salicílico (CCHCAS). Os tratamentos foram avaliados por germinação, classificação de vigor, comprimento de parte aérea e raiz, massa seca da parte aérea e raiz e relação raiz/parte aérea. Após a avaliação da germinação, duas amostras de cinco plântulas normais, por repetição, foram utilizadas para determinação de prolina (plântula toda) e extração de proteínas totais e análise por eletroforese SDS PAGE de parte aérea e raiz. Os resultados foram analisados considerando o delineamento inteiramente casualizado em arranjo fatorial de 4x4 (combinação dos tratamentos com ácido salicílico e choque frio e níveis de deficiência de água no substrato), empregando-se Tukey (5% de probabilidade) para comparação de médias dos tratamentos qualitativos e análise de regressão polinomial para os níveis de deficiência. As análises de eletroforese foram avaliadas por imagem detectando-se presença e ausência de bandas. A germinação não foi influenciada pelos tratamentos com ácido salicílico e choque, mas diminuiu com a progressão da deficiência de água. O vigor foi alterado pelos tratamentos de ácido salicílico e choque, sendo que o tratamento com ácido salicílico influiu positivamente enquanto o choque negativamente. O tratamento com ácido salicílico proporcionou maiores comprimentos e massas secas de parte aérea e total das plântulas, principalmente nos níveis intermediários de deficiência de água. A expressão de proteínas dos tratamentos CCHCAS e SCHCAS revelou o mesmo padrão eletroforético tanto para parte aérea quanto para raiz com maior intensidade de expressão nos potenciais osmóticos menores. O perfil de bandas dos tratamentos CCHSAS e SCHSAS apresentou alteração revelando algumas bandas diferenciadoras.

[ES] En respuesta a estreses de tipo biótico y abiótico, las plantas sintetizan proteínas de defensa y compuestos químicos de diversa naturaleza. Estos compuestos pueden actuar de manera directa, a través de propiedades antioxidantes, antifúngicas o antibacterianas, o actuar como metabolitos defensivos indirectos. Dentro de este último grupo de compuestos defensivos, cabe destacar a los compuestos fenólicos y los compuestos orgánicos volátiles (VOCs). En nuestro grupo de investigación se ha profundizado en el estudio de estos metabolitos secundarios implicados en la respuesta defensiva de las plantas. Por una parte, se identificó el ácido gentísico (GA) como una molécula señal que actúa de manera complementaria al ácido salicílico (SA) en infecciones de tipo sistémico. Además, se ha tratado de profundizar en el estudio de la biosíntesis del GA a través de la enzima salicilato 5-hidroxilasa (S5H), encargada de la conversión de SA a GA. Para ello, se ha llevado a cabo la caracterización fenotípica, molecular y química de plantas transgénicas de tomate que tienen silenciado el gen S5H mediante la técnica de RNA de interferencia (RNAi_S5H) frente a infecciones de tipo bacteriano y viroidal. Las plantas de tomate RNAi_S5H presentaron un aumento de resistencia frente a Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 (Pst DC3000) y el viroide de la exocortis de los cítricos (CEVd). Del mismo modo, se llevaron a cabo análisis metabolómicos de estas plantas transgénicas RNAi_S5H tras ambas infecciones, observándose diferencias relacionadas con el metabolismo del SA, que parecen indicar que la homeostasis del SA es específica para cada interacción tomate-patógeno. Por otra parte, se identificaron algunos ésteres de (Z)-3-hexenol que eran emitidos de manera diferencial tras la infección bacteriana con la cepa avirulenta de Pst DC3000 en plantas de tomate cv. Rio Grande. Concretamente, tratamientos exógenos con el compuesto volátil butanoato de (Z)-3-hexenilo (HB) fueron capaces de inducir de manera significativa el cierre de estomas, la activación de genes defensivos y un aumento en la resistencia frente a la infección bacteriana. La eficacia de este compuesto como inductor de cierre estomático fue comprobada en diferentes cultivos agronómicos, como Arabidopsis, Medicago, Zea, Citrus y Nicotiana, confirmando su papel como un inductor de cierre estomático universal. Dado el potencial de este compuesto en agricultura, se emplearon aproximaciones genéticas, bioquímicas y farmacológicas para descifrar el mecanismo de señalización del cierre estomático mediado por HB. Una vez el volátil es percibido por los receptores de la planta, se activan diferentes componentes de la cascada de señalización defensiva, como canales permeables de Ca2+ o la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS). Asimismo, el HB es capaz de desencadenar la activación de las proteínas quinasas activadas por mitógenos MPK3 y MPK6, induciendo el cierre estomático de una manera independiente a la síntesis y señalización mediada por ácido abscísico (ABA). Por último, la eficacia del HB fue evaluada en condiciones de campo frente a estreses tanto de tipo biótico como abiótico y en procesos de desarrollo como la maduración, proponiendo un uso del HB como un nuevo compuesto fitoprotector natural para el control de estreses de forma sostenible en agricultura. / [CA] En resposta a estressos de tipus biòtic i abiòtic, les plantes sintetitzen proteïnes de defensa i compostos químics de diversa naturalesa. Aquests compostos poden actuar de manera directa, a través de propietats antioxidants, antifúngiques o antibacterianes, o actuar com a metabòlits defensius indirectes. Dins d'aquest últim grup de compostos defensius, cal destacar als compostos fenòlics i els compostos orgànics volàtils (VOCs). En el nostre grup d'investigació s'ha aprofundit en l'estudi d'aquests metabòlits secundaris implicats en la resposta defensiva de les plantes. D'una banda, es va identificar l'àcid gentísic GA) com una molècula senyal que actua de manera complementària a l'àcid salicílic (SA) en infeccions de tipus sistèmic. A més, s'ha tractat d'aprofundir en l'estudi de la biosíntesi del GA a través d l'enzim salicilato 5-hidroxilasa (S5H), encarregada de la conversió de SA a GA. Per a això, s'ha dut a terme la caracterització fenotípica, molecular i química de plantes de transgèniques de tomaca que tenen silenciat el gen S5H mitjançant la tècnica d'RNA d'interferència (RNAi_S5H) enfront d'infeccions de tipus bacterià i viroidal. Les plantes de tomaca RNAi_S5H van presentar un augment de resistència enfront de Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 (Pst DC3000) i el viroide de la exocortis dels cítrics (CEVd). De la mateixa manera, es van dur a terme anàlisi metabolómics d'aquestes plantes transgèniques RNAi_S5H després de totes dues infeccions, observant-se diferències relacionades amb el metabolisme del SA, que sembla indicar que l'homeòstasi del SA és específica per a cada interacció tomaca-patògena. D'altra banda, es van identificar alguns èsters de (Z)-3-hexenol que eren emesos de manera diferencial després de la infecció bacteriana amb el cep avirulent de Pst DC3000 en plantes de tomaca cv. Rio Gran. Concretament, tractaments exògens amb el compost volàtil butanoato de (Z)-3-hexenilo (HB) van ser capaces d'induir de manera significativa el tancament d'estomes, l'activació de gens defensius i un augment en la resistència enfront de la infecció bacteriana. L'eficàcia d'aquest compost com a inductor de tancament estomàtic va ser comprovada en diferents cultius agronòmics, com Arabidopsis, Medicago, Zea, Citrus i Nicotiana, confirmant el seu paper com un inductor de tancament estomàtic universal. Donat el potencial d'aquest compost en agricultura, es van emprar aproximacions genètiques, bioquímiques i farmacològiques per a desxifrar el mecanisme de senyalització del tancament estomàtic mediat per HB. Una vegada el volàtil és percebut pels receptors de la planta, s'activen diferents components de la cascada de senyalització defensiva, com a canals permeables de Ca2+ o la producció d'espècies reactives d'oxigen (ROS). Així mateix, el HB és capaç de desencadenar l'activació de les proteïnes cinases activades per mitógens MPK3 i MPK6, induint el tancament estomàtic d'una manera independent a la síntesi i senyalització mediada per l'àcid abscísic (ABA). Finalment, l'eficàcia del HB va ser avaluada en condicions de camp enfront d'estressos tant de tipus biòtic com abiòtic, i en processos de desenvolupament com la maduració, proposant un l'ús del HB com a nou compost fitoprotector natural per al control d'estressos de manera sostenible en agricultura. / [EN] In response to biotic and abiotic stress, plants synthesize defence proteins and chemical compounds from diverse nature. These compounds can act directly, trough antioxidant, antifungal or antibacterial properties, or indirectly as defensive metabolites. Among these group of defensive metabolites, phenolic compounds and volatile organic compounds (VOCs) present a major role. Our research group have a strong background in studying the role of plant secondary metabolites in plant defence mechanisms. On one hand, gentisic acid (GA) was first described as a signal molecule that acts complementary to salicylic acid (SA) in systemic infections. Furthermore, SA conversion to GA trough the salicylate 5-hydroxylase enzyme (S5H) has received much attention. For this purpose, S5H-silenced transgenic tomato plants (RNAi_S5H) have been phenotypically, molecularly, and chemically characterized against both, bacterial and viroidal inoculations. RNAi_S5H tomato plants resulted in enhanced resistance to both Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 (Pst DC3000) and Citrus Exocortis Viroid (CEVd). Moreover, metabolomics analysis of these transgenic plants upon bacterial and viroid infections revealed differences related to SA metabolism, suggesting that SA homeostasis is specific for each tomato-pathogen interaction. On the other hand, some esters of (Z)-3-hexenol were identified to be differentially emitted by tomato cv. Rio Grande plants upon infection with the avirulent strain of the bacterium Pst DC3000. Particularly, treatments with the volatile (Z)-3-hexenyl butyrate (HB) resulted in significant stomatal closure, defence genes induction and enhanced resistance to the bacteria. Moreover, the efficacy of this compound as a stomata closer was tested in different agronomic crop as Arabidopsis, Medicago, Zea, Citrus y Nicotiana plants, postulating HB as a new universal stomata closer. Due to its potent properties, the signalling pathway of the HB-mediated stomata closure has been deciphered by using different genetic, biochemical, and pharmacological approaches. The perception of this volatile by plant receptors appeared to initiate different defence signalling events, including the activation of Ca2+ permeable channels or reactive oxygen species (ROS) burst. Moreover, HB triggered the activation of the mitogen-activated protein kinases MPK3 and MPK6, inducing stomatal closure independently of abscisic acid (ABA) biosynthesis and signalling. Additionally, HB efficacy has been also tested in field conditions and against both biotic and abiotic stresses, and also during ripening, proposing HB as a new natural phytoprotector for the sustainable control of stresses in agriculture. / This work was funded by Grant AICO/2017/048 from the Generalitat Valenciana and by Grant INNVAL10/18/005 from the Agència Valenciana de la Innovació (Spain). / Payá Montes, C. (2023). Secondary Metabolites in Plant Defence Mechanisms [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/193041

Neste trabalho, enzimas álcool-desidrogenases provenientes de fungos marinhos e a lipase imobilizada de Candida antarctica foram utilizadas para produção de compostos de interesse sintético e biológico. No capítulo 1, enzimas álcool-desidrogenases de fungos isolados da alga marinha Bostrychia radicans foram empregadas em reações de redução de cetonas fluoradas 1-5. Os fungos identificados como Botryosphaeria sp. CBMAI 1197, Eutypella sp. CBMAI 1196, Hidropisphaera sp. CBMAI 1194 e Xylaria sp. CBMAI 119 atuaram como biocatalisadores nestas reações levando à produção de álcoois com elevada pureza enantiomérica. O fungo Botryosphaeria sp. CBMAI 1197 destacou-se frente aos demais microrganismos, produzindo os álcoois (S)-2,2,2-trifluoro-1-feniletanol (1a) e (R)-1-(2,4,5-trifluorofenil)etanol (3a) com excelentes conversões (100% e 97%) e excessos enantioméricos (ee >99%). Este fungo também apresentou enzimas álcool-desidrogenases ativas frente a cetonas dicarboniladas 4-5, produzindo os álcoois 4,4,4-trifluoro-1-fenil-1,3-butanodiol (4a) e 4,4,4-trifluoro-1-(2-naftalenil)-1,3-butanodiol (5a) com 100% de conversão em ambos os casos e com purezas enantioméricas respectivas a 99% e 97%. Este foi o primeiro estudo realizado no Brasil com fluorocetonas dicarboniladas e com os fungos isolados da alga marinha Bostrychia radicans. No capítulo 2, a lipase comercial de Candida antarctica foi o biocatalisador empregado em reações de aminólise entre os ésteres linoleato de etila (1) e salicilato de etila (3), a amina graxa N-dodecilamina (2) e os aminoálcoois (4-9). A amina graxa N-dodecilamina (2) também foi utilizada em reações com o linoleato de etila (1), onde a lipase de Candida antarctica produziu a respectiva amida graxa 10 com rendimentos superiores a 95%. Os aminoálcoois foram selecionados para reações com o salicilato de etila (3), onde a lipase exibiu quimiosseletividade pelo grupo amino, produzindo predominantemente amidas fenólicas (12-19) com rendimentos entre 23-68%. A enzima CALB apresentou quimiosseletividade reduzida na reação com o 5-aminopentanol (6) onde os produtos amida 14 e éster 15 foram obtidos com rendimentos de 44 e 33%, respectivamente. O produto 2-hidroxi-N-(2-hidroxipropil)benzamida (19) foi obtido com rendimento superior a 90% a partir da reação catalisada pela lipase de Candida antarctica. Este produto foi selecionado como intermediário para a síntese de uma molécula hidrofóbica 21 que apresenta o éster oleato de etila em sua constituição. O produto 21 foi obtido com 75% de rendimento. As amidas fenólicas 12-21 produzidas neste trabalho são derivadas do ácido linoleico (ômega 6) e do ácido salicílico, os quais apresentam propriedades emolientes e antioxidantes. Estes compostos são interessantes para a formulação de produtos cosméticos de aplicação cutânea. Neste processo biotecnológico as reações foram conduzidas na ausência de solventes orgânicos, evitando o tratamento de solventes voláteis e a formação de subprodutos. Os compostos foram analisados por Cromatografia líquida de alta eficiência e caracterizados por RMN (1H, 13C), EMAR e IV. A aplicação de reações de biocatálise seja através de células microbianas ou de enzimas isoladas foram muito promissoras na síntese de compostos orgânicos de interesse como álcoois enantiomericamente puros ou amidas graxas. / In this work, alcohol dehydrogenase (ADHs) enzymes from marine fungi and immobilized lipase from Candida antarctica were employed for the production of compounds of biological and synthetic interest. In chapter 1, ADHs of fungi isolated from the marine alga Bostrychia radicans were used in reduction reactions of fluorinated ketones 1-5. The fungi identified as Botryosphaeria sp. CBMAI 1197, Eutypella sp. CBMAI 1196, Hidropisphaera sp. CBMAI 1194 and Xylaria sp. CBMAI 119 acted as biocatalysts in these reactions leading to production of alcohols with high enantiomeric purity. The fungus Botryosphaeria sp. CBMAI 1197 presented highlighted compared to other microorganisms producing the alcohols (S)-2,2,2-trifluoro-1-phenylethanol (1a) and (R) -1 - (2,4,5-trifluorophenyl) ethanol (3a) with excellent conversions (100% and 97%) and enantiomeric excesses (ee > 99%). This fungus also exhibited ADHs enzymes active with dicarbonylateds ketones, leading to the production of the alcohols 4,4,4-trifluoro-1-phenylbutane-1,3-diol (4a) and 4,4,4-trifluoro-1-(naphthalen-2-yl)butane-1,3-diol -1,3-butanediol (5a) with conversions of 100% in both cases and enantiomeric excess of 99%-97%, respectively. This was the first study conducted with dicarbonilated fluoroketones 4-5 and with fungi isolated from the marine alga Bostrychia radicans in Brazil. In chapter 2, immobilized lipase from Candida antarctica was used as biocatalyst in the aminolysis reaction between esters of ethyl linoleate (1) and ethyl salicylate (3), the fatty amine N-dodecylamine (2) and the aminoalcohols (4-8). Six aminoalcohols were selected for reactions with ethyl salicylate (3), where the lipase exhibited chemoselectivity by the amino groups, producing predominantly phenolic amides in yields of 23-63%. The CALB exhibited um reduction in chemoselectivity in the reaction with 5-aminopentanol (6) where the amide 14 and ester 15 products were obtained with 44% and 33% yields. The product 2-hydroxy-N-(2-hydroxypropyl) benzamide (19) was obtained in yield greater than 90% from the reaction catalyzed by lipase from Candida antarctica. This product was selected as reagente for the synthesis of a hydrophobic molecule 21 presenting ester ethyl oleate in its constitution. The product 21 was obtained in 75% yield. The phenolic amides 12-21 produced in this work are derived from linoleic acid (omega 6) and salicylic acid, which presents emollient and antioxidants properties. These compounds are interesting for the formulation of cosmetic products for skin application. In this biotechnological process, the reactions were carried out under solvent-free conditions and vacum, avoiding the treatment of volatile solvents and by-product formation. The compounds were analyzed by high performance liquid chromatography and characterized by NMR (1H, 13C), IR and HRMS. Applying biocatalysis reactions, either through microbial cells or isolated enzymes were promising for the synthesis of organic compounds such as enantiomerically pure alcohols and fatty phenolic amides.

A cromatografia por injeção sequencial com extração em fase sólida (EFS) em linha foi explorada para a determinação de ácido salicílico em amostras vegetais. Uma mini coluna de polietileno, preenchida com sílica funcionalizada C18, foi utilizada para EFS, com tampão fosfato pH 5,2 como eluente. O eluato foi diretamente transferido para a separação cromatográfica em uma coluna monolítica C18, utilizando solução de acetonitrila/tampão acetato pH 4,75 (5:95, v/v) como fase móvel. A detecção foi realizada por fluorescência com excitação em 298 nm e emissão em 406 nm. Os sinais analíticos foram baseados na altura do pico cromatográfico referente ao ácido salicílico em um tempo de retenção de 9.0 min. Os limites de detecção (99,7% de confiança) e quantificação foram estimados em 80 e 240 ?g L-1, respectivamente. A precisão foi estimada através do coeficiente de variação intradia (n = 10) em 0,99% e interdia (3 dias) em 3,6%. A resposta foi linear até 8,0 mg L-1 (r = 0,996). A resolução em relação aos demais componentes da matriz, o número de pratos e a altura equivalente a um prato foram estimados em 6,0; 3980 e 12,6 ?m, respectivamente. Utilizando calibração pelo método das adições de padrão, foram estimadas recuperações entre 74,2 e 96,4% em 4 amostras de folhas de soja. Com estes resultados conclui-se que o procedimento é adequado à determinação de ácido salicílico nos materiais vegetais com a remoção de interferentes em linha, tendo as vantagens de ser um procedimento rápido (ca. 17 min por determinação), limpo (consumo de ca. 320 ?L de acetonitrila por determinação), de custo relativamente baixo, suficientemente sensível e seletivo / Sequential injection cromatography with on-line solid phase extraction (SPE) was explored for the determination of salicylic acid in vegetable samples. A polyethylene column filled with C18-bonded silica was used for SPE, with a phosphate buffer pH 5.2 as eluent. The treated extract was directly sent towards chromatographic separation in a C18 monolithic column with an acetonitrile/acetate buffer solution, pH 4,75 (5:95, v/v) as mobile phase before fluorescence detection (excitation at 298 nm and emission at 406 nm). The analytical signals were based on peak height at the 9.0 min retention time. Limits of detection (99.7% confidence level) and quantification were estimated at 80 and 240 ?g L-1. Precision was estimated through intraday coefficient of variation (n = 10) at 0.99% and interday (3 days) at 3.6 %. A linear response up to 8.0 mg L-1 was estimated (r = 0.996). Resolution, number of plates and the height equivalent to one plate were estimated at 6.0, 3980 and 12,6 ?m, respectively. With calibration by the standard additions method recoveries within 74.2 and 96.4 % were estimated to four soy leaves samples. Thus, the procedure is suitable for the determination of salicylic acid in the extracts with on-line removal of interferences, being a rapid (ca. 17 min per determination), clean (ca. 320 ?L of acetonitrile by determination), inexpensive, and suitably sensitive and selective

A cromatografia por injeção sequencial com extração em fase sólida (EFS) em linha foi explorada para a determinação de ácido salicílico em amostras vegetais. Uma mini coluna de polietileno, preenchida com sílica funcionalizada C18, foi utilizada para EFS, com tampão fosfato pH 5,2 como eluente. O eluato foi diretamente transferido para a separação cromatográfica em uma coluna monolítica C18, utilizando solução de acetonitrila/tampão acetato pH 4,75 (5:95, v/v) como fase móvel. A detecção foi realizada por fluorescência com excitação em 298 nm e emissão em 406 nm. Os sinais analíticos foram baseados na altura do pico cromatográfico referente ao ácido salicílico em um tempo de retenção de 9.0 min. Os limites de detecção (99,7% de confiança) e quantificação foram estimados em 80 e 240 ?g L-1, respectivamente. A precisão foi estimada através do coeficiente de variação intradia (n = 10) em 0,99% e interdia (3 dias) em 3,6%. A resposta foi linear até 8,0 mg L-1 (r = 0,996). A resolução em relação aos demais componentes da matriz, o número de pratos e a altura equivalente a um prato foram estimados em 6,0; 3980 e 12,6 ?m, respectivamente. Utilizando calibração pelo método das adições de padrão, foram estimadas recuperações entre 74,2 e 96,4% em 4 amostras de folhas de soja. Com estes resultados conclui-se que o procedimento é adequado à determinação de ácido salicílico nos materiais vegetais com a remoção de interferentes em linha, tendo as vantagens de ser um procedimento rápido (ca. 17 min por determinação), limpo (consumo de ca. 320 ?L de acetonitrila por determinação), de custo relativamente baixo, suficientemente sensível e seletivo / Sequential injection cromatography with on-line solid phase extraction (SPE) was explored for the determination of salicylic acid in vegetable samples. A polyethylene column filled with C18-bonded silica was used for SPE, with a phosphate buffer pH 5.2 as eluent. The treated extract was directly sent towards chromatographic separation in a C18 monolithic column with an acetonitrile/acetate buffer solution, pH 4,75 (5:95, v/v) as mobile phase before fluorescence detection (excitation at 298 nm and emission at 406 nm). The analytical signals were based on peak height at the 9.0 min retention time. Limits of detection (99.7% confidence level) and quantification were estimated at 80 and 240 ?g L-1. Precision was estimated through intraday coefficient of variation (n = 10) at 0.99% and interday (3 days) at 3.6 %. A linear response up to 8.0 mg L-1 was estimated (r = 0.996). Resolution, number of plates and the height equivalent to one plate were estimated at 6.0, 3980 and 12,6 ?m, respectively. With calibration by the standard additions method recoveries within 74.2 and 96.4 % were estimated to four soy leaves samples. Thus, the procedure is suitable for the determination of salicylic acid in the extracts with on-line removal of interferences, being a rapid (ca. 17 min per determination), clean (ca. 320 ?L of acetonitrile by determination), inexpensive, and suitably sensitive and selective