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Previous issue date: 2017-08-15 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A soja é a principal planta leguminosa cultivada no mundo. A elevada demanda pela soja se justifica na importância do seu grão para a alimentação humana e animal. Entretanto, o seu rendimento pode ser afetado pelos estresses abióticos, sendo a seca o fator ambiental mais impactante na sua produtividade. Assim, o objetivo deste trabalho foi identificar e caracterizar linhagens de soja contrastantes para a resistência à seca, mediante avaliações fisiológicas, bioquímicas e moleculares. Quatro genótipos de soja foram utilizados nos experimentos: cultivar Embrapa 48 (E48), referencial de tolerância ao déficit hídrico e 3 linhagens provenientes do Programa de Melhoramento da Soja da Universidade Federal de Viçosa, previamente caracterizadas como sensível (11644) e tolerantes (11377 e 13241) ao déficit hídrico. As plantas foram avaliadas em três condições: 1) plena irrigação (controle), 2) déficit hídrico (DH) após suspensão da irrigação do solo até atingir potencial hídrico foliar na antemanhã de -1,5 MPa, e 3) reidratação por 3 dias (RH), posterior ao déficit hídrico. Os genótipos 11644, 11377 e E48 alcançaram o potencial hídrico de -1,5 MPa após 8 dias de suspensão da irrigação, contra 10 dias na linhagem 13241. Menor área foliar constitutiva e maior incremento na concentração de ácido abscísico (ABA) foliar permitiram a linhagem 13241 exibir a menor redução no Teor Relativo de Água (TRA), após o déficit hídrico. De maneira inversa, a linhagem 11644 apresentou as maiores reduções no TRA e suculência foliar. O processo fotossintético foi igualmente inibido pelo déficit hídrico em todos os genótipos. Porém, o cultivar tolerante E48 exibiu maior incremento na eficiência no uso da água (EUA). O acúmulo de osmolitos foi mais expressivo nas linhagens 11377 e 13241. Nas análises dos componentes antioxidativos, a linhagem 11644 obteve maiores incrementos na concentração de espécies reativas de oxigênio (ROS), maior nível de peroxidação de lipídios e menor atividade das enzimas antioxidantes catalase (CAT) e dismutase do superóxido (SOD). Adicionalmente nessa linhagem, a glutationa teve limitada atuação contra o estresse oxidativo induzido pelo déficit hídrico. Na linhagem 13241, maiores incrementos na atividade da CAT, SOD, peroxidase do ascorbato (APX) e peroxidase da glutationa (GPX) indicam a participação efetiva dessas enzimas antioxidantes na defesa contra o estresse. No cultivar E48, metabólitos antioxidantes, como a glutationa e ascorbato, demonstraram papel mais importante. A partir desses resultados, pôde-se corroborar que dentre as linhagens, a 11644 foi a mais sensível ao déficit hídrico, enquanto a 13241 foi a mais tolerante. Por essa razão, a linhagem 11377 foi excluída das análises de perfil metabólico e expressão gênica. A avaliação do perfil metabólico demonstrou que a resposta dos genótipos ao déficit hídrico foi direcionada para o ajustamento osmótico, pelo aumento dos aminoácidos, carboidratos e poliaminas. Contudo, não foi possível por meio do perfil metabólico discernir níveis de tolerância ao déficit hídrico entre os genótipos. A análise da expressão gênica via PCR real time foi realizada somente com as linhagens 11644 e 13241. Os resultados não apresentaram diferenças significativas para a maioria dos genes avaliados, mas foi possível identificar um padrão evidente de resposta ao se observar as médias dos resultados. Genes diretamente envolvidos com: mecanismos de resistência à seca, biossíntese do ABA, defesas antioxidantes e fatores de transcrição responsivos a estresses, apresentaram aumento na expressão na linhagem 13241. Em conclusão, a linhagem 13241 apresenta maior tolerância ao déficit hídrico em comparação a 11377, e ainda, se equipara na maioria das respostas com aquelas apresentadas pelo cultivar E48. Por outro lado, os resultados evidenciam que a linhagem 11644 se mostra sensível ao déficit hídrico. Conclui-se também que a reidratação das plantas por 72 horas propiciou a recuperação da maioria dos parâmetros fisiológicos e bioquímicos para os mesmos níveis do tratamento controle. Todos esses resultados são importantes para a identificação e caracterização de mecanismos de tolerância de plantas cultivadas, que posteriormente poderão ser utilizados em Programas de Melhoramento da Qualidade da Soja, visando à geração de genótipos mais resistentes à seca. / Soybean is the main oilseed crop grown in the world. The high demand for soybeans is justified by the importance of their grain in human and animal nutrition. However, its yield can be affected by the abiotic stresses, being the drought the most impacting environmental factor in its productivity. However, its yield can be affected by the abiotic stresses, being the drought the most impacting environmental factor in its productivity. Therefore, the goal of this work was to identify and characterize contrasting soybean lines for drought resistance, through physiological, biochemical and molecular evaluations. Four soybean genotypes were used in the experiments: cultivar Embrapa 48 (E48), reference for tolerance to water deficit and 3 lines from the Programa de Melhoramento da Soja da Universidade Federal de Viçosa, one previously characterized as sensitive (11644) and two tolerant (11377 and 13241) to the water deficit. Plants were evaluated under three conditions: 1) full irrigation (control), 2) water deficit (DH) after suspension of soil irrigation until reaching leaf water potential in the morning of -1.5 MPa, and 3) Rehydration for 3 days (RH), after the water deficit. The genotypes 11644, 11377 and E48 reached the water potential of -1.5 MPa after 8 days of irrigation suspension, versus 10 days in the line 13241. Lower constitutive leaf area and greater increase in abscissic acid (ABA) foliar concentration allowed the line 13241 exhibits the lowest reduction in Relative Water Content (TRA), after water deficit. Conversely, the line 11644 presented the greatest reductions in TRA and foliar succulence. The photosynthetic process was similarly inhibited by water deficit in all genotypes, through intense diffusive restriction. However E48 tolerant genotype exhibited a greater increase in water use efficiency (WUE). The accumulation of osmolytes was more expressive in lines 11377 and 13241. In the analysis of the antioxidative components line 11644 showed higher increases in the concentration of reactive oxygen species (ROS), higher level of lipid peroxidation and lower activity of the antioxidant enzymes catalase (CAT) and superoxide dismutase (SOD). Additionally, glutathione had limited action against the oxidative stress induced by the water déficit in line11644. In line 13241, greater increases in the activity of CAT, SOD, ascorbate peroxidase (APX) and glutathione peroxidase (GPX) indicate the effective participation of antioxidative enzymes in defense against stress. In E48 antioxidant metabolites, such as glutathione and ascorbate have been shown to play a more important role. From these results it was possible to corroborate that 11644 is the most sensitive line to the water deficit, whereas the 13241 is the most tolerant. Therefore, line11377 was excluded from metabolic profile and gene expression analyzes. Metabolic adjustment demonstrated that plants responses to the water deficit was directed to the osmotic adjustment by the increase of amino acids, carbohydrates and polyamines. However, it was not possible through the metabolic profile to discern levels of tolerance to water deficit among genotypes. Gene expression analysis via real time PCR was performed only with the lines 11644 and 13241. The results did not showed significant differences for most evaluated genes, but it was possible to identify an obvious response pattern when observing the results. Genes directly involved in drought resistance mechanisms, such as ABA biosynthesis, antioxidant defenses and stress-responsive transcription factors, apparently have most strongly induced expression in line 13241. In conclusion, line 13241 is more tolerant to water deficit than 11377, and most of its responses match those of tolerant reference genotype E48. Line 11644 is a soybean genotype sensitive to water deficit. It was also concluded that the plants rehydration for 72 hours provided the recovery of physiological and biochemical parameters for the same levels of control treatment. All these results are important for the identification and characterization of tolerance mechanisms of cultivated plants, which can later be used in Soybean Quality Improvement Programs, aiming at the generation of more drought resistant genotypes.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:localhost:123456789/11881 |
| Date | 15 August 2017 |
| Creators | Silva, Adinan Alves da |
| Contributors | Oliveira, Juraci Alves de, Ribeiro, Dimas Mendes, Kuki, Kacilda Naomi, Ribeiro, Cleberson |
| Publisher | Universidade Federal de Viçosa |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| 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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