Cyanide is produced throughout a plant's life cycle alongside the hormone ethylene by oxidation of 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid. Production increases during certain developmental stages such as seed germination, seedling elongation, fruit ripening and senescence. Abiotic stresses increase ethylene production giving rise to `stress cyanide'. Cyanide also comes from metabolism of cyanogenic compounds. Cyanide is however, a toxic chemical which readily binds to metallo-enzymes inhibiting primary metabolic processes. Plants have mechanisms to maintain cyanide homeostasis such as the β-cyanoalanine pathway whereby cysteine reacts with cyanide forming β--cyanoalanine, mediated by β-cyanoalanine synthase and cysteine synthase. A dual nitrilase 4 enzyme then converts the β-cyanoalanine into asparagine or aspartate and ammonium. Studies have suggested that the physiological function of the pathway is not restricted to detoxification and assimilation of excess cyanide. The overall research goal was to investigate the role of the pathway in plant tolerance to water deficit and exogenous cyanide exposure in Arabidopsis thaliana. The first objective was to investigate responsiveness of the pathway to duration and intensity of water deficit and cyanide exposure. The second was to investigate the contribution of enzymes associated with the pathway to cyanide metabolism. The questions addressed were whether there is enzymatic redundancy in enzymes associated with the first step of cyanide detoxification and whether there is pathway redundancy between the β-cyanoalanine and an alternative sulfurtransferase pathway. A. thaliana Col-0 and three SALK-line mutants with a T-DNA insertion for the genesAtCysA1, AtCysC1 and AtNIT4 were grown and exposed to water stress. Physiological and biochemical measurements were taken. The results showed a transient increase in cyanide concentration and β-cyanoalanine synthase activity on exposure to stress. The response pattern was similar regardless of intensity or duration of stress. Knocking out AtCysA1 or AtCysC1 did not impair the ability of plants to metabolize cyanide and tolerate stress i.e the enzymes were functionally redundant. The AtNIT4 mutant however, was impaired in cyanide metabolism and exhibited a sensitive phenotype under both stresses, suggesting that the cyanoalanine pathway is the sole pathway in cyanide detoxification. The results show that the pathway may be an important tool in improvement of plant tolerance to abiotic stress.

As plantas expressam diferentes mecanismos de defesa em resposta a patógenos. Em geral, ocorre o reconhecimento de padrões moleculares associados ao patógeno (PAMPs) por receptores específicos das plantas, desencadeando as respostas de defesa através das vias de sinalização mediadas por jasmonato (JA), etileno (ET) e ácido salicílico (AS). Além disso, a descoberta de sinais endógenos como AtPep1 que regulam a expressão de genes de defesa em Arabidopsis thaliana tem auxiliado na compreensão dos mecanismos de defesa. No entanto, os mecanismos de defesa de plantas a patógenos necrotróficos como Pythium spp. são pouco conhecidos. Desta forma, o desenvolvimento de estratégias para identificar e caracterizar genes de resistência à Pythium spp. pode auxiliar na compreensão dos mecanismos de defesa, possibilitando a obtenção de cultivares resistentes. Uma das estratégias empregadas para a identificação de genes de resistência a patógenos do gênero Pythium consistiu na construção de uma biblioteca de cDNAs diferencialmente expressos em A. thaliana susperexpressando AtPROPEP1, que são mais resistentes à P. irregulare e a P. deliense. Paralelamente, foi realizada a busca de um gene ortólogo ao AtPROPEP1 de A. thaliana em diferentes espécies de solanáceas. Outra estratégia utilizada envolveu a avaliação do efeito da aplicação dos hormônios JA e AS e do regulador de crescimento etefon na resistência de plantas de tomate à P. dissotocum. Posteriormente foi realizado o silenciamento dos genes CTR1, ERF1 e SlPROPEP em plantas de tomate a fim de verificar o papel dos mesmos na resistência das plantas à P. dissotocum. Os resultados obtidos na biblioteca subtrativa indicam que A. thaliana superexpressando AtPROPEP1 pode induzir a expressão não somente da defensina PDF1.2, mas também de GRP3, outro gene envolvido na defesa de plantas contra patógenos. Através da busca de ortólogos de AtPROPEP1 em diferentes solanáceas foi possível identificar um ortólogo em Solanum lycopersicum - SlPROPEP. O tratamento com etefon aumentou a resitência das plantas à P. dissotocum comparado com as plantas não tratadas. Este tratamento também induziu a expressão relativa de SlPROPEP, PR-1, PR-5 e da defensina DEF2. Assim como o tratamento com etefon o silenciamento do gene CTR1, que atua como um regulador negativo da via de sinalização de defesa por ET aumentou a resistência das plantas à P. dissotocum. Enquanto que as plantas silenciadas para os genes ERF1 e SlPROPEP foram mais suscetíveis. O silenciamento de SlPROPEP reprimiu a expressão relativa dos genes PR-1, PR-5, ERF1, LOX-D e DEF2 envolvidos na defesa de plantas à patógenos. Estes resultados, em conjunto com o aumento da resistência nas plantas tratadas com etefon, sugerem que a via de sinalização de ET atua na resistência de tomate à P. dissotocum sendo que esta resistência possivelmente é mediada por SlPROPEP. / Plants express different defense mechanisms in response to pathogens. In general, specific receptors in plants reconize pathogen-associated molecular patterns (PAMPs), triggering the response defenses by signaling pathways mediated by jasmonate (JA), ethylene (ET) and salicylic acid (SA). Furthermore, the discovery of endogenous signals, as AtPep1, which regulate defense genes expression in Arabidopsis thaliana, has aided the understanding of the defense mechanisms. However, the defense mechanisms of plants to necrotrophic pathogens such as Pythium spp. are poorly known. Thus, development of strategies to identify and characterize the resistance genes to Pythium spp. can help the understand of defense mechanisms, allowing the obtainance of resistant cultivars. One of the strategies used for the identification of resistance genes to pathogens within the genus Pythium consisted to construct a cDNA library of differentially expressed genes in plants overexpressing AtPROPEP1, which are more resistant to P. irregulare and P. deliense. Simultaneously, a search for orthologous genes to AtPROPEP1 from A. thaliana in different species of Solanaceae was performed. Another strategy used involved the evaluation of application of JA and AS and of the growth regulator ethephon on the resistance of tomato plants to P. dissotocum. Then, the silencing of the genes CTR1, ERF1 and SlPROPEP was performed in tomato plants in order to check the role of the tomato resistance to P. dissotocum. The results obtained from subtractive cDNA library indicate that A. thaliana plants overexpressing AtPROPEP1 may induce expression not only of the PDF1.2 defensin but also the GRP3 expression, another gene involved in plant defense against pathogens. By the search for orthologous genes to AtPROPEP1 in different species of Solanaceae was possible to identify an ortholog in Solanum lycopersicum - SlPROPEP. The ethephon treatment increased resistance of plants to P. dissotocum compared to untreated plants. This treatment also induced the expression of SlPROPEP, PR-1, PR-5 and DEF2 defensin. As ethephon treatment, the silencing of CTR1 gene, which acts as a negative regulator of defense signaling pathway by ET, increased plant resistance to P. dissotocum. Whereas the plants containing ERF1 and SlPROPEP genes silenced were more susceptible. SlPROPEP silencing repressed the relative expression of the genes PR-1, PR-5, ERF1, LOX-D e DEF2 involved in plant defense to pathogens. These results, together with increased resistance in the plants treated with ethephon, suggest that ET signaling pathway acts in tomato to resistance P. dissotocum and this resistance is likely mediated by SlPROPEP.

Fósforo (P) é um dos principais nutrientes que limitam a produção vegetal. Em arabidopsis, sua deficiência reduz o comprimento da raiz principal e aumenta o número e a densidade de raízes laterais. O isolamento e caracterização de mutantes têm ajudado a elucidar a função de genes envolvidos na superação da deficiência de P. Este estudo objetivou fazer a caracterização de respostas morfo-fisiológicas dos mutantes de Arabidopsis thaliana p9, p23 e p37 a suprimentos contrastantes de P, bem como avaliar interações nutricionais de P com outros nutrientes. Este trabalho foi desenvolvido em colaboração com a University of California at Davis, Davis - Califórnia, EUA. Todos os estudos foram conduzidos em câmara de crescimento. Entre os estudos conduzidos citam-se: efeito de formulações de meios de cultura na arquitetura radical; caracterização morfo-fisiológica dos mutantes; transferência de plantas entre meios de cultura com contrastes de P e nitrogênio (N); respostas as interações nutricionais P x Fe e P x N. A maioria das avaliações centraram-se no desenvolvimento do sistema radical, porém em alguns estudos, analisou-se a expressão de genes de resposta à limitação por P. A presença de ácidos nucléicos no meio de cultura reduz o desenvolvimento radical dos três mutantes, sobretudo em p9. A ausência de Fe no meio permite resgate do fenótipo radical de COL em p9, enquanto a supressão de N possibilita resgate do fenótipo em p23 e p37, independente da condição de P. A inibição radical em arabidopsis causada pelo Fe é agravada sob deficiência de P. Parte do fenótipo radical dos mutantes pode ser causada por defeitos na síntese e/ou sinalização de auxinas ou citocininas. As mutações de p9 e p23 foram localizadas no braço superior do cromossomo 1, próximas ao marcador F23M19 onde se obteve as menores taxas de recombinação (0,0% - p9Ler e 7,8% - p23Ler). / Phosphorus (P) is one of the main limiting nutrients to plant production. In arabidopsis, P deficiency reduces the primary root length and increases the number and the density of lateral roots. Isolation and characterization of mutants have contributed to better understanding the function of several genes involved in overcoming P starvation. This study has had as objective figure out morpho-physiological response of the p9, p23 and p37 Arabidopsis thaliana mutants in different P supply conditions, as well as evaluates and identify nutritional interactions between P and other nutrients. This work was developed in a collaborative work with the University of California at Davis, Davis - California, U.S.A. All studies were carried out in growth chamber. Among the conducted studies there are: effect of media on the root arquitecture; morphological and physiological characterization of the mutants; studies with plant transference from media with different P and nitrogen (N) levels and check for nutritional interactions between P x Fe and P x N. Most of the evaluations were focused on root development. However, in some studies we also analyzed the expression of genes related to P limitation. The presence of nucleic acids in the growth media reduces root development of the three mutants, particularly in p9. The absence of Fe in the media rescues the COL root phenotype in p9, while N suppression rescues that phenotype in p23 and p37, regardless of the P condition. The root inhibition in arabidopsis caused by Fe is stronger under P deficiency. Part of the mutant root phenotype might be caused by defects in the synthesis and/or signaling of auxins or cytokinins. The p9 and p23 mutations were mapped to the upper arm of chromosome 1, next to marker F23M19 for which the lowest recombination ratios were obtained (0.0% - p9Ler and 7.8% - p23Ler).

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Departamento de Botânica, Programa de Pós-Graduação em Botânica, 2016. / Submitted by Nayara Silva (nayarasilva@bce.unb.br) on 2016-06-23T19:35:47Z No. of bitstreams: 1 2016_DéboraAlmeidaAlcantaradaSilva.pdf: 1806060 bytes, checksum: b0722b82676b47c15af2547143ca743a (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-06-23T21:09:56Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_DéboraAlmeidaAlcantaradaSilva.pdf: 1806060 bytes, checksum: b0722b82676b47c15af2547143ca743a (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-23T21:09:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_DéboraAlmeidaAlcantaradaSilva.pdf: 1806060 bytes, checksum: b0722b82676b47c15af2547143ca743a (MD5) / A planta modelo, Arabidopsis thaliana, produz uma diversidade de metabólitos secundários. Dentre os metabólitos secundários, os terpenos formam a maior e mais diversa classe. Os terpenos estão envolvidos em várias funções fisiológicas importantes nos vegetais, entre as quais têm sido associados a compostos alelopáticos O geranil geranil difosfato (GGPP) é o precursor para a biossíntese de terpenos. Estudos anteriores estabeleceram uma associação entre plantas transgênica que supostamente superexpressavam os genes GGR, GGPPS2 e GGPPS6, envolvidos na síntese de terpenos, com efeitos alelopáticos. Para contribuir na elucidação desta associação, o primeiro capítulo deste estudo teve como objetivo estudar o efeito do silenciamento dos genes GGR, GGPS2 e GGPPS6 em A. thaliana e resposta alelopática de Arabidopsis. Assim, vetores de RNAi para GGR, GGPS2 e GGPPS6 foram sintetizados e transferidos para Agrobacterium tumefaciens e em seguida as plantas de Arabidopsis foram transformadas para o silenciamento desses genes. As plântulas transformadas foram selecionadas em meio MS contendo glufosinato de amônio como composto seletivo. Foi possível selecionar três plantas da geração T1 e duas plantas da geração T2, transformadas com o vetor de silenciamento para o gene GGPPS2. Entretanto, as plantas transformadas não sobreviveram. Além disso, não foi possível selecionar plantas com vetores de silenciamento para os genes GGR e GGPPS6. No segundo capítulo, o objetivo foi avaliar a expressão relativa do gene GGR em plantas selvagens e transgênicas de Arabidopsis thaliana que que supostamente superexpressam esse gene. Adicionalmente, objetivou-se verificar a associação entre os níveis de expressão de GGR e respostas alelopáticas em A. thaliana. Assim, uma serie de PCR em Tempo Real, utilizando sondas TaqMan® para GGR tendo como genes de referência: ACT2 e RAD23C. Ao contrário do esperado, as plantas selvagens expressaram mais o gene GGR que todas as linhagens que supostamente superexpressavam esse gene. Esse dado pode indicar que um processo de cossupressão de GGR pode ter ocorrido nas plantas transgênicas. Estudos prévios sobre as respostas alelopáticas mostram que extratos foliares de plantas transgênicas de Arabidopsis com GGR têm efeito alelopático mais acentuados que os extratos de plantas selvagens. Assim, pelo menos para o gene GGR, quanto menor o seu nível de expressão maior a resposta alelopática da planta. Uma possível explicação para isso se baseia no fato de que a menor expressão de GGR disponibilizaria mais substrato para a enzima GGPP sintase e consequentemente, maior produção de terpenos. Outra possibilidade é que a redução da expressão de GGR poderia induzir outras vias metabólicas que aumentam a produção de compostos alelopáticos. _________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The model plant, Arabidopsis thaliana, produces a variety of secondary metabolites. Among the secondary metabolites, terpenes are the largest and most diverse class. Terpenes are involved in several important physiological functions in plants, among which they have been associated with allelopathic compounds. Geranyl geranyl diphosphate (GGPP) is the precursor for the biosynthesis of terpenes. Previous studies established a positive association between transgenic plants that supposedly overexpressed GGR, GGPPS2 and GGPPS6 genes, which are involved in terpene synthesis, and allelopathic response. Therefore, the first part of this research focused on investigating the effect GGR, GGPS2 and GGPPS6 silencing on A. thaliana allelopathic response. Furthermore, GGR, GGPS2 and GGPPS6 RNAi vectors were transferred to Agrobacterium tumefaciens and then used to transform Arabidopsis plants with the purpose of silencing these genes. Transformed Arabidopsis seedlings were selected on MS medium containing glufosinate-ammonium as selective compound. It was possible to select three T1 generation plants and two T2 generation plants containing the silencing vector for GGPPS2 silencing. However, the transformed plants did not survive. Moreover, it was not possible to select plants containing GGR and GGPPS6 silencing vectors. In the second chapter, the objective was to evaluate the expression of GGR gene in wild type and transgenic A. thaliana transgenic plants that supposedly overexpressed this gene. In addition, the association between GGR expression levels and allelopathic responses in A. thaliana was investigated. Thus, a series of RT-PCR using TaqMan probes for GGR and the following reference genes: RAD23C and ACT2 were performed. Contrary to expectations, wild plants expressed the GGR gene at higher level than all lineages of GGR transformed plants. This data indicates that a cosuppression of GGR may have taken place in the transgenic plants. Previous studies on allelopathic responses of Arabidopsis showed that leaf extracts of GGR transformed Arabidopsis plants have stronger allelopathic effect than those from wild type plants. Thus, at least with respect to GGR gene, the lower the level of GGR expression the higher the allelopathic response of Arabidopsis plant. One possible explanation for this phenomenon is based on the fact that a low expression of GGR would provide more substrate for GGPP synthase, which consequently would increase terpene production. Another possibility links the reduction of GGR expression with the induction of other metabolic pathways associated with an increase of allelopathic compound production.

fósforo (P) e o nitrogênio (N) são nutrientes geralmente limitantes ao crescimento e desenvolvimento vegetal. Respostas aclimatativas à sua limitação referem-se às alterações do desenvolvimento radicular e mobilização, transporte, assimilação e metabolismo destes nutrientes. Para que este processo seja desencadeado, é necessária expressão de genes intimamente relacionados com a percepção e transdução do sinal de deficiência de P e N. Os genes envolvidos neste processo ainda são pouco conhecidos. Neste estudo objetivou-se averiguar o papel dos genes mutados nas rotas de aclimatação à limitação de Pi e assimilação de N através da identificação das modificações em nível de expressão gênica nos mutantes p9, p23 e p37, bem como através da avaliação da resposta dos mutantes p9 e p37 ao etileno. Os três mutantes são complementares e ineficientes em utilizar organofosfatos como fonte de P e p23 e p37 são resgatados quando o N é retirado do meio. Há interação P-N em relação à expressão de genes das rotas de aclimatação à limitação de P (AtACP5 e AtPT2), de assimilação de N (NRT1.1, NIA1 e NIA2) e na modulação das raízes laterais (ARF8). Os mutantes têm alteração na expressão dos genes que codificam transportadores de N e P de alta afinidade, assimilação de N, especialmente NIA2, e no caso de p9 e p23, ainda, ARF8. Na ausência de Pi e/ou N, houve rápida exaustão do centro quiescente nas raízes primárias em p23 e p37, assim, os genes mutados devem fazer parte de uma rota que medie as respostas do crescimento radicular em função da disponibilidade de Pi e N. Os mutantes p9 e p37 apresentam deficiência na sinalização ao etileno, sendo possível que p9 possua alteração na homeostase hormonal, e que modificação nos níveis de auxinas e citocininas afetem a síntese de etileno. / Phosphorus (P) and nitrogen (N) are nutrients highly required by plants, and limit plant growth and development. The main acclimation responses to P and N starvation include changes in root development, mobilization, transport, assimilation and metabolism of these nutrients. For properly acclimation, the expression of genes closely related to the perception and signal transduction of P and N deficiencies must work accurately. Which genes are involved in this process is still unclear, therefore, this study aimed to identify changes at the expression level in the p9, p23 and p37 mutants in an attempt to identify the role of the mutated genes in the acclimation pathway to Pi starvation. Furthermore, we aimed to verify the P-N interaction and the response of the mutants p9 and p37 to ethylene. The three mutants are inneficient in using organophosphates as the only source of P, and p9 and p23 recover the COL phenotype in the absence of N. Interaction between P and N was observed in the expression of genes involved in Pdeficiency acclimation, namely AtACP5 and AtPT2, as well as in the N assimilation, NRT1.1, NIA1 and NIA2, and ARF8, involved in lateral root modulation. It was observed that the mutated gene in p9, p23 and p37 affects genes that encode high affinity N transporters, genes involved in N assimilation, especially NIA2. And p9 and p23 also has the regulatory circuit that acts on the modulation of lateral roots affected. A rapid depletion of QC in primary roots of p23 and p37 was observed in the absence of Pi and/or N. It suggests that the mutated genes are involved in a pathway mediating the root growth in response to Pi and N availability. The mutants, p9 and p37, have some kind of deficiency in ethylene signaling. It is also possible that p9 is affected in its hormonal homeostasis, and changes in auxin and cytokinin levels affect the ethylene synthesis.

As plantas expressam diferentes mecanismos de defesa em resposta a patógenos. Em geral, ocorre o reconhecimento de padrões moleculares associados ao patógeno (PAMPs) por receptores específicos das plantas, desencadeando as respostas de defesa através das vias de sinalização mediadas por jasmonato (JA), etileno (ET) e ácido salicílico (AS). Além disso, a descoberta de sinais endógenos como AtPep1 que regulam a expressão de genes de defesa em Arabidopsis thaliana tem auxiliado na compreensão dos mecanismos de defesa. No entanto, os mecanismos de defesa de plantas a patógenos necrotróficos como Pythium spp. são pouco conhecidos. Desta forma, o desenvolvimento de estratégias para identificar e caracterizar genes de resistência à Pythium spp. pode auxiliar na compreensão dos mecanismos de defesa, possibilitando a obtenção de cultivares resistentes. Uma das estratégias empregadas para a identificação de genes de resistência a patógenos do gênero Pythium consistiu na construção de uma biblioteca de cDNAs diferencialmente expressos em A. thaliana susperexpressando AtPROPEP1, que são mais resistentes à P. irregulare e a P. deliense. Paralelamente, foi realizada a busca de um gene ortólogo ao AtPROPEP1 de A. thaliana em diferentes espécies de solanáceas. Outra estratégia utilizada envolveu a avaliação do efeito da aplicação dos hormônios JA e AS e do regulador de crescimento etefon na resistência de plantas de tomate à P. dissotocum. Posteriormente foi realizado o silenciamento dos genes CTR1, ERF1 e SlPROPEP em plantas de tomate a fim de verificar o papel dos mesmos na resistência das plantas à P. dissotocum. Os resultados obtidos na biblioteca subtrativa indicam que A. thaliana superexpressando AtPROPEP1 pode induzir a expressão não somente da defensina PDF1.2, mas também de GRP3, outro gene envolvido na defesa de plantas contra patógenos. Através da busca de ortólogos de AtPROPEP1 em diferentes solanáceas foi possível identificar um ortólogo em Solanum lycopersicum - SlPROPEP. O tratamento com etefon aumentou a resitência das plantas à P. dissotocum comparado com as plantas não tratadas. Este tratamento também induziu a expressão relativa de SlPROPEP, PR-1, PR-5 e da defensina DEF2. Assim como o tratamento com etefon o silenciamento do gene CTR1, que atua como um regulador negativo da via de sinalização de defesa por ET aumentou a resistência das plantas à P. dissotocum. Enquanto que as plantas silenciadas para os genes ERF1 e SlPROPEP foram mais suscetíveis. O silenciamento de SlPROPEP reprimiu a expressão relativa dos genes PR-1, PR-5, ERF1, LOX-D e DEF2 envolvidos na defesa de plantas à patógenos. Estes resultados, em conjunto com o aumento da resistência nas plantas tratadas com etefon, sugerem que a via de sinalização de ET atua na resistência de tomate à P. dissotocum sendo que esta resistência possivelmente é mediada por SlPROPEP. / Plants express different defense mechanisms in response to pathogens. In general, specific receptors in plants reconize pathogen-associated molecular patterns (PAMPs), triggering the response defenses by signaling pathways mediated by jasmonate (JA), ethylene (ET) and salicylic acid (SA). Furthermore, the discovery of endogenous signals, as AtPep1, which regulate defense genes expression in Arabidopsis thaliana, has aided the understanding of the defense mechanisms. However, the defense mechanisms of plants to necrotrophic pathogens such as Pythium spp. are poorly known. Thus, development of strategies to identify and characterize the resistance genes to Pythium spp. can help the understand of defense mechanisms, allowing the obtainance of resistant cultivars. One of the strategies used for the identification of resistance genes to pathogens within the genus Pythium consisted to construct a cDNA library of differentially expressed genes in plants overexpressing AtPROPEP1, which are more resistant to P. irregulare and P. deliense. Simultaneously, a search for orthologous genes to AtPROPEP1 from A. thaliana in different species of Solanaceae was performed. Another strategy used involved the evaluation of application of JA and AS and of the growth regulator ethephon on the resistance of tomato plants to P. dissotocum. Then, the silencing of the genes CTR1, ERF1 and SlPROPEP was performed in tomato plants in order to check the role of the tomato resistance to P. dissotocum. The results obtained from subtractive cDNA library indicate that A. thaliana plants overexpressing AtPROPEP1 may induce expression not only of the PDF1.2 defensin but also the GRP3 expression, another gene involved in plant defense against pathogens. By the search for orthologous genes to AtPROPEP1 in different species of Solanaceae was possible to identify an ortholog in Solanum lycopersicum - SlPROPEP. The ethephon treatment increased resistance of plants to P. dissotocum compared to untreated plants. This treatment also induced the expression of SlPROPEP, PR-1, PR-5 and DEF2 defensin. As ethephon treatment, the silencing of CTR1 gene, which acts as a negative regulator of defense signaling pathway by ET, increased plant resistance to P. dissotocum. Whereas the plants containing ERF1 and SlPROPEP genes silenced were more susceptible. SlPROPEP silencing repressed the relative expression of the genes PR-1, PR-5, ERF1, LOX-D e DEF2 involved in plant defense to pathogens. These results, together with increased resistance in the plants treated with ethephon, suggest that ET signaling pathway acts in tomato to resistance P. dissotocum and this resistance is likely mediated by SlPROPEP.

Fósforo (P) é um dos principais nutrientes que limitam a produção vegetal. Em arabidopsis, sua deficiência reduz o comprimento da raiz principal e aumenta o número e a densidade de raízes laterais. O isolamento e caracterização de mutantes têm ajudado a elucidar a função de genes envolvidos na superação da deficiência de P. Este estudo objetivou fazer a caracterização de respostas morfo-fisiológicas dos mutantes de Arabidopsis thaliana p9, p23 e p37 a suprimentos contrastantes de P, bem como avaliar interações nutricionais de P com outros nutrientes. Este trabalho foi desenvolvido em colaboração com a University of California at Davis, Davis - Califórnia, EUA. Todos os estudos foram conduzidos em câmara de crescimento. Entre os estudos conduzidos citam-se: efeito de formulações de meios de cultura na arquitetura radical; caracterização morfo-fisiológica dos mutantes; transferência de plantas entre meios de cultura com contrastes de P e nitrogênio (N); respostas as interações nutricionais P x Fe e P x N. A maioria das avaliações centraram-se no desenvolvimento do sistema radical, porém em alguns estudos, analisou-se a expressão de genes de resposta à limitação por P. A presença de ácidos nucléicos no meio de cultura reduz o desenvolvimento radical dos três mutantes, sobretudo em p9. A ausência de Fe no meio permite resgate do fenótipo radical de COL em p9, enquanto a supressão de N possibilita resgate do fenótipo em p23 e p37, independente da condição de P. A inibição radical em arabidopsis causada pelo Fe é agravada sob deficiência de P. Parte do fenótipo radical dos mutantes pode ser causada por defeitos na síntese e/ou sinalização de auxinas ou citocininas. As mutações de p9 e p23 foram localizadas no braço superior do cromossomo 1, próximas ao marcador F23M19 onde se obteve as menores taxas de recombinação (0,0% - p9Ler e 7,8% - p23Ler). / Phosphorus (P) is one of the main limiting nutrients to plant production. In arabidopsis, P deficiency reduces the primary root length and increases the number and the density of lateral roots. Isolation and characterization of mutants have contributed to better understanding the function of several genes involved in overcoming P starvation. This study has had as objective figure out morpho-physiological response of the p9, p23 and p37 Arabidopsis thaliana mutants in different P supply conditions, as well as evaluates and identify nutritional interactions between P and other nutrients. This work was developed in a collaborative work with the University of California at Davis, Davis - California, U.S.A. All studies were carried out in growth chamber. Among the conducted studies there are: effect of media on the root arquitecture; morphological and physiological characterization of the mutants; studies with plant transference from media with different P and nitrogen (N) levels and check for nutritional interactions between P x Fe and P x N. Most of the evaluations were focused on root development. However, in some studies we also analyzed the expression of genes related to P limitation. The presence of nucleic acids in the growth media reduces root development of the three mutants, particularly in p9. The absence of Fe in the media rescues the COL root phenotype in p9, while N suppression rescues that phenotype in p23 and p37, regardless of the P condition. The root inhibition in arabidopsis caused by Fe is stronger under P deficiency. Part of the mutant root phenotype might be caused by defects in the synthesis and/or signaling of auxins or cytokinins. The p9 and p23 mutations were mapped to the upper arm of chromosome 1, next to marker F23M19 for which the lowest recombination ratios were obtained (0.0% - p9Ler and 7.8% - p23Ler).

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Biologia, Departamento de Botânica, Programa de Pós-Graduação em Botânica, 2013. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2014-06-25T15:48:04Z No. of bitstreams: 1 2013_JulianeLanerToledo.pdf: 2609389 bytes, checksum: d5b19dc989390a2ba9b048c1b3ae0dd9 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-07-01T20:31:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_JulianeLanerToledo.pdf: 2609389 bytes, checksum: d5b19dc989390a2ba9b048c1b3ae0dd9 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-07-01T20:31:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_JulianeLanerToledo.pdf: 2609389 bytes, checksum: d5b19dc989390a2ba9b048c1b3ae0dd9 (MD5) / Alguns genes estão sempre expressos nas células, como é o caso dos genes constitutivos, outros estão sujeitos à regulação e são ativados somente quando a célula requisita seus produtos. A introdução de genes em plantas ou células vegetais permite a alteração dos níveis de expressão de genes envolvidos nas rotas metabólicas que se deseja estudar. Além disso, as alterações nos níveis de expressão gênica permitem estudar funcionalidade de genes, bem como obter um maior entendimento das vias biossintéticas em seus aspectos regulatórios. Assim, o presente trabalho teve como objetivo superexpressar e estudar a associação dos genes da geranil geranil difosfato sintase (GGPS), responsável pela síntese do precursor de terpenóides, com compostos alelopáticos em Arabidopsis thaliana L. Os terpenóides constituem umas das classes mais diversificadas de metabólitos secundários e desempenham funções na planta como reguladores do crescimento e desenvolvimento vegetal, além de estarem associados em interações da planta com o ambiente. Adicionalmente, os terpenos também têm sido encontrados em compostos alelopáticos. Em arabidopsis, o gene GGPS possui múltiplas cópias, entre elas, GGR, GGPS2 e GGPS6. Neste estudo, os vetores foram adquiridos através de um banco de genes de A. thaliana. Esses plasmídeos foram transferidos para Agrobacterium tumefaciens, e subsequentemente os genes da GGPS introduzidos em arabidopsis. Plantas de arabidopsis transgênicas foram selecionadas em meio MS com gentamicina. Foi possível selecionar plantas transgênicas apenas do gene GGR, cuja confirmação nessas plantas foi feita através de uma qPCR com primers específicos. Os efeitos da superexpressão do gene GGR no crescimento e desenvolvimento de plântulas de gergelim (Sesamum indicum L.), utilizada como planta alvo, foram analisados através de bioensaios com extrato aquoso de plantas de arabidopsis transgênicos e selvagens. Os resultados mostraram que o extrato de A. thaliana selvagem inibiu significativamente o crescimento de plântulas de gergelim. Além disso, os testes também mostraram que as plantas contendo o transgene GGR apresentaram efeito fitotóxico aproximadamente duas vezes maior que aquelas não transformadas. As análises de PCR em tempo foram utilizadas para comparar o número de cópias do gene GGR entre o DNA plasmidial e plantas transgênicas. Adicionalmente, o fato das plantas transgênicas terem apresentado toxicidade mais elevada do que aquelas não transformadas, foi possível estabelecer uma associação direta entre a síntese de terpenos e os compostos alelopáticos. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / Some genes are expressed at all times; others are subject to regulation and activated only when the cells require their products. The introduction of genes into plants or plant cells allows the modification of expression levels of genes involved in metabolic pathways that have been targeted to be studied. In addition, changes in gene expression levels allow to investigate gene functionality, as well as to obtain a better understanding of regulatory aspects of biosynthetic routes. Thus, this work aimed to overexpress and study the association between geranyl geranyl diphosphate synthase genes (GGPS), which are responsible for the synthesis of terpenoid precursors, and allelopathic compounds in Arabidopsis thaliana L. Terpenoids are one of the most diverse classes of secondary metabolites in plants and perform several roles such as growth regulators, as well as have been associated with plant/environment interactions. Moreover, terpenes have also been found as components of allelopathic compounds. In arabidopsis, GGPS gene has multiple copies: among which are GGR, GGPS2 and GGPS6. For this study, the vectors containing each of these genes were acquired from an arabidopsis gene bank. These genes were transferred to Agrobacterium tumefaciens and subsequently introduced in arabidopsis plants. Transgenic arabidopsis plants were selected in MS medium with gentamicin. The only transgenic arabidopsis plants selected contained the GGR gene, whose presence was confirmed by a qPCR with specific primers. The effects of GGR overexpression on the growth and development of sesame seedlings (Sesamum indicum L.) were analyzed through bioassays with aqueous leaf extracts of arabidopsis transgenic plants in comparison with WT plants. The results showed that wild type (WT) arabidopsis inhibited the growth of sesame seedlings. Moreover, plants with GGR transgene showed twice the inhibition observed with WT. Real-time PCR analysis compared the number of GGR copies in plasmidial DNA with transformed plants. Moreover, as arabidopsis plants containing GGR transgene showed higher phytotoxicity than those non-transformed, a direct association between terpene syntheses and allelopathic compounds has been established.

M.Sc. / Lipopolysaccharides (LPS) are ubiquitous, indispensable components of the cell surface of Gram-negative bacteria that have diverse roles in bacterial pathogenesis of plants. LPS as pathogen-associated molecular pattern (PAMP) molecules can be recognized by plants to directly trigger some defense—related responses. LPS can also alter the response of plants to subsequent bacterial inoculation; these delayed effects include alterations in the expression patterns of genes coding for some pathogenesis related (PR) proteins, promotion of the synthesis of the antimicrobial conjugates, and prevention of the hypersensitive reaction caused by avirulent bacteria. Prevention of the response may allow expression of resistance in the absence of catastrophic tissue damage. LPS from Burkholderia cepacia (LPSB. cep.) have been found to trigger a strong response in plants resulting in the activation of genes coding for some pathogenesis related proteins, receptor-like kinases and resistance (R) proteins. LPS are tripartite amphipathic molecules, consisting of a Lipid A moiety that is embedded in the outer leaflet of the phospholipids/protein bilayer, a core oligosaccharide, and a polysaccharide consisting of repeating units (0-Antigen/O-side chain). Typically the Lipid A consists of a bisphosphorylated glucosamine disaccharide which is substituted by amide- and ester-bound fatty acids and / or acyloxyacyl groups. The core region, a non-repetitive oligosaccharide, is usually connected to the Lipid A part via one 3-deoxy-D-manno-oct-2-ulosonic (Kdo) residue. The core is attached in turn to the 0- Antigen that consists in most cases of a repetitive polysaccharide and that represents the major part of LPS. The bond between the Lipid A section and the Kdo residue of the core is labile under mild acid hydroysis conditions; and this allows for the fractionation of the LPS molecule into a Lipid A part and an 0-Antigen part, attached to the core. Thus far the eliciting (active) parts of LPSB. cep. have not yet been identified. In general, it is known that the Lipid A is more conserved from one organism to another as compared to the 0-Antigen. In animals, Lipid A is believed to be the active part as it was found to elicit some defense-related responses. In plants, Lipid A was also found to trigger defense responses. Several structures of the 0-Antigens from different bacteria have been characterised, but their biological activities have not yet been investigated in detail.

Plants defence responses are often associated with the development of the so-called hypersensitive response (HR), a form of PCD that confines the pathogen to the infection site. The sharp boundary of the HR suggests the existence of efficient mechanisms that control cell death and survival. The Arabidopsis transcription factor AtMYB30 positively regulates plant defence and HR responses by enhancing the synthesis of sphingolipid-containing Very Long Chain Fatty Acids (VLCFA) after bacterial infection. The activity of AtMYB30 is tightly controlled inside plant cells through protein-protein interactions and post-translational modifications. During my PhD, we identified a protease of the subtilase family (AtSBT5.2) as a AtMYB30-interacting partner. Interestingly, we have shown that the AtSBT5.2 transcript is alternatively spliced, leading to the production of two distinct gene products that encode either a secreted [AtSBT5.2(a)] or an intracellular [AtSBT5.2(b)] protein. The specific interaction between AtMYB30 and AtSBT5.2(b), but not AtSBT5.2(a), leads to AtMYB30 specific retention outside of the nucleus in small intracellular vesicles. atsbt5.2 Arabidopsis mutant plants, in which both AtSBT5.2(a) and AtSBT5.2(b) expression was abolished, displayed enhanced HR and defence responses. The fact that this phenotype is abolished in an atmyb30 mutant background suggests that AtSBT5.2 is a negative regulator of AtMYB30-mediated disease resistance. Importantly, overexpression of the AtSBT5.2(b), but not the AtSBT5.2(a), isoform in the atsbt5.2 mutant background reverts the phenotypes displayed by atsbt5.2 mutant plants, suggesting that AtSBT5.2(b) specifically represses AtMYB30-mediated defence.