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Previous issue date: 2015-07-16 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD + ) e seu derivado NADP + são compostos essenciais em todos os organismos vivos e que estão envolvidos em transações energéticas, na sinalização celular e em diversas reações na forma de coenzimas. Alterações no catabolismo ou no anabolismo do NAD + podem modificar não apenas a sua concentração, mas também o poder redutor celular, impactando aspectos importantes do crescimento e desenvolvimento. Uma vez que as etapas finais da biossíntese de NAD + ocorrem no citosol, o mesmo precisa ultrapassar membranas biológicas para exercer suas funções dentro de organelas celulares. Neste trabalho, avaliou-se em Arabidopsis thaliana o papel dos transportadores cloroplastídico e mitocondrial de NAD + , denominados AtNDT1 e AtNDT2, respectivamente. Para tal, foram utilizadas linhagens mutantes obtidas por inserção do T-DNA e foram geradas plantas transgênicas contendo uma construção antisenso para os transportadores NDT1 e NDT2, sob o controle do promotor 35S, das quais, três linhagens com reduzida expressão de cada transportador foram selecionadas. Estas plantas foram caracterizadas extensivamente a nível fisiológico e bioquímico. Verificou-se que plantas com expressão reduzida de NDT1 apresentam maior número de folhas e área foliar específica em relação às plantas não transformadas (WT). Observaram-se também maiores taxas de fotossíntese por unidade de massa e, consequentemente, maior acúmulo de sacarose e amido em comparação com o WT. Entretanto, estas plantas apresentaram menor viabilidade do grão de pólen, redução no comprimento das síliquas e sementes abortadas. Já em plantas com reduzida expressão do transportador NDT2 descobriu-se que apesar de possuírem menor número de folhas, a área foliar aumentou. A fotossíntese nestas plantas diminuiu consideravelmente em decorrência de uma menor densidade estomática e condutância estomática. Concomitantemente, plantas com reduzida expressão de NDT2 apresentaram menor acúmulo de amido. A germinação das sementes e formação de plântulas foram menores e mais lentas em comparação com o WT. Além disso, houve aumento na concentração relativa de alguns ácidos graxos durante o estabelecimento das plântulas. Diante dos resultados obtidos, sugere-se que os transportadores de NAD + estão envolvidos na determinação do número de folhas e área foliar, na fotossíntese, na condutância estomática e nas concentrações de amido. Além disso, tecidos heterotróficos também são fortemente influenciados, especialmente aqueles envolvidos em processos reprodutivos. Para compreender a função deste transportador é necessário analisar não apenas a concentração celular dos nucleotídeos de pirimidina, mas também como alterações no status redox celular afetam o metabolismo vegetal. Assim, os dados obtidos neste trabalho sugerem que alterações no estado redox em cloroplastos e mitocôndrias causadas pela diminuição da expressão de NDT1 ou NDT2 afetam processos em outras organelas que não aquela em que ocorre a redução da expressão. Estes resultados abrem possibilidades para aplicações biotecnológicas, uma vez que a regulação da biossíntese e transporte de cofatores pode ser usada como uma ferramenta para estratégias de aumento da assimilação de carbono em plantas. Para tal, é necessário, no entanto compreender mais o papel destes transportadores em outros tecidos vegetais e condições adversas bem como o papel de enzimas chave que atuam no processo. / Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD + ) and nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP + ) are indispensable redox-active components of all living organisms. These nucleotides play essential roles in signaling and in many reactions as they act as co-enzymes. NAD catabolism or anabolism changes impact not only the concentration of these coenzymes but also the cellular poise, modifying plant growth and development. Since the final steps of NAD + biosynthesis occurs in cytosol, this nucleotide needs to be imported by organelles to play its functions inside cellular organelles. This work analyzed the function of a plastid and a mitochondrial Arabidopsis thaliana NAD + transporter, named as AtNDT1 e AtNDT2 respectively. We have isolated T-DNA insertion mutants and three antisense lines, controlled by the 35S promoter, for NDT1 and NDT2. Plants with reduced expression of NDT1 and NDT2 were individually selected and characterized at physiological and biochemical level. It was verified that NDT1 low expression lines displayed higher leaf number and specific leaf area compared to wild type plants (WT). Interestingly, higher photosynthesis per mass unit and sucrose and starch concentration was observed. On the other hand, NDT1 low expression lines show less pollen viability and reduced silique length and increased the number of aborted seeds. The low expression NDT2 lines displayed reduced number of leaves and increased leaf area. Despite these phenotypes, the net photosynthetic rate decreased considerably due to lower stomatal conductance, possible as a consequence of lower stomatal density. Concomitantly, these plants showed lower starch accumulation during the day. The germination and seedling growth rate were reduced as compared to WT. Furthermore, the oil relative concentration increased during seedling establishment. Based on these results, we conclude that NAD + transporters have important function in determining leaf number, area, stomatal conductance, photosynthetic rate and starch accumulation. Moreover, heterotrophic tissues are strongly affected by the reduction in the expression of these transporters, especially those tissues involved in reproductive process. For a better understanding of the role played by these transporters, it is necessary to analyze not only nucleotide cellular concentration but also the redox poise in different cell compartments. Thus, the results presented in this thesis suggest that lower expression of NAD transporters alters redox poise in different organelles affecting important physiological processes. These results open possibilities for biotechnology application, once the regulation of biosynthesis and transport of cofactors might be used as a tool for increasing carbon assimilation in plants. Nonetheless, it is necessary understanding the role of these transporters in other plant tissues and plant cultivated under stress conditions involved in these processes.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:localhost:123456789/8357 |
| Date | 16 July 2015 |
| Creators | Chaves, Izabel de Souza |
| Contributors | Picoli, Edgard Augusto de Toledo, Rogalski, Marcelo, Araújo, Wagner Luiz, Nesi, Adriano Nunes |
| Publisher | Universidade Federal de Viçosa |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFV, instname:Universidade Federal de Viçosa, instacron:UFV |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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