CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Polyamines and ethylene have been cited as important regulators of plant growth and development, and may be involved in plant defense against several abiotic stresses, such as salinity. To withstand with salt harmful effects, plants respond through a coordinated set of physiological and molecular responses to improve their performance under salinity. In order to test the hypothesis that salt tolerance degree in maize genotypes is related to changes in polyamine metabolism associated with ethylene production, two experiments were performed. In the first one, BR5033 (salt-tolerant) and BR5011 (salt-sensitive) maize genotypes were subjected to 80 mM NaCl stress to identify the pattern of ethylene production in leaves and roots. Two peaks of ethylene production at 5.5 h (phase I) and 12.5 h (phase II) after onset the salinity treatment were registered in salt-sensitive leaves; whereas only the first peak of ethylene synthesis was detected in salt-tolerant leaves. Surprisingly, the biphasic ethylene production in roots was much less pronounced than in leaves. In the second experiment, we sought to investigate whether the phases I and II of ethylene production alter the polyamine metabolism in the leaves of maize genotypes. In salt-tolerant genotype, the phase I of ethylene synthesis was associated with signaling events, as evidenced by increased H2O2 levels, which were generated by putrescine (Put) catabolism. An early signaling (at 5.5 h) in the salt-tolerant genotype seemed to be effective to suppress the second peak of ethylene production, known as âstress ethyleneâ. Yet, in the salt-sensitive genotype, the decreased H2O2 concentration during the phase I was associated with a marked increase in ethylene production, which was resulted from upregulation of acid 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid oxidase (ACO) activity and ZmACO5 gene expression. At the phase I, the total polyamine content was increased by salinity in the salt-tolerant, whereas it was decreased in the salt-sensitive one. In the salt-tolerant genotype, the increased total polyamine was sustained by high spermine (Spm) and spermidine (Spd) contents, while the decay in the salt-sensitive genotype was due to the reductions of Put and Spd forms. Otherwise, in the phase II, no significant changes in the total polyamines in salt-tolerant genotype (it was likely due to conversion of Put to Spm/Spd), and decreases in salt-sensitive genotype were registered. Under stress conditions, the salinity-induced improvement of Spd and Spm (free and soluble conjugated forms) in salt-tolerant genotype was bigger than in salt-sensitive one, thus suggesting a key role of polyamines in the maize salt stress acclimation processes. Finally, we investigated if the lack of ethylene production during phase II in salt-tolerant genotype was correlated to improved antioxidant capacity. Salt stress dramatically increased the superoxide levels, the electrolyte leakage and lipid peroxidation, it being more pronounced in both leaves and roots of salt-sensitive genotype. On the other hand, under salinity, salt-tolerant genotype displayed a better performance of enzymatic and non-enzymatic antioxidant system, evidenced by a higher ascorbate and glutathione content and upregulation of superoxide dismutase, ascorbate peroxidase and guaiacol peroxidase activity. In conclusion, our results suggest that the ethylene is intimately involved in salt stress acclimation through activation of intricate signaling pathways mediated by H2O2 that is originated from polyamine catabolism. An efficient signal network raises the polyamine content and antioxidant capacity and is responsible, at least in part, for greater tolerance to salinity of BR5033 maize genotype. / Poliaminas e etileno sÃo reguladores do crescimento e desenvolvimento vegetal, que tambÃm estÃo envolvidos nas respostas de defesa das plantas contra estresses abiÃticos, dentre eles a salinidade. Para lidar com o estresse salino, as plantas realizam ajustes fisiolÃgicos, bioquÃmicos e moleculares, que podem resultar em sua aclimataÃÃo diante dessa condiÃÃo adversa, tornando o indivÃduo mais tolerante ao estresse, em comparaÃÃo Ãqueles que nÃo se encontram aclimatados. Essa pesquisa foi desenvolvida para testar à hipÃtese de que o grau de tolerÃncia à salinidade entre genÃtipos de milho envolve alteraÃÃes no metabolismo das poliaminas associadas à produÃÃo de etileno. Para isso, foram realizados dois experimentos. No primeiro, plantas de milho dos genÃtipos BR5011 (sensÃvel) e BR5033 (tolerante) foram submetidas ao estresse salino (NaCl a 80 mM) para identificar o padrÃo de produÃÃo de etileno em folhas e raÃzes. Nas folhas do genÃtipo sensÃvel, a salinidade intensificou a produÃÃo de etileno apÃs 5,5 h (fase I) e 12,5 h (fase II) apÃs o inÃcio do estresse, enquanto no tolerante isso aconteceu somente com 5,5 h. Nas raÃzes, embora tenha sido observada a produÃÃo bifÃsica de etileno no genÃtipo sensÃvel, esse processo foi muito menos intenso que nas folhas. O segundo experimento teve como objetivo principal investigar se a produÃÃo de etileno pela salinidade nas fases I e II resultava em alteraÃÃes no metabolismo das poliaminas nas folhas dos genÃtipos de milho. No genÃtipo tolerante, a fase I de produÃÃo de etileno foi associada à eventos de sinalizaÃÃo, dado o aumento dos teores de H2O2, mediado pelo catabolismo da putrescina (Put). Essa sinalizaÃÃo pareceu ser eficiente para suprimir a produÃÃo do etileno em condiÃÃes de estresse (fase II ou âetileno do estresseâ) nesse genÃtipo. Jà no sensÃvel, a diminuiÃÃo dos teores de H2O2 na fase I foi acompanhada por um aumento acentuado na produÃÃo do etileno, decorrente de acrÃscimos na atividade da enzima oxidase do Ãcido 1-carboxÃlico-1-aminociclopropano (ACO) e na expressÃo de transcritos do gene ZmACO5 (principal membro expresso). Em geral, a salinidade aumentou os teores de poliaminas totais no genÃtipo tolerante, enquanto reduziu no sensÃvel. Na fase I, na condiÃÃo salina quando comparada com o controle, os teores de poliaminas totais foram aumentados no genÃtipo tolerante enquanto no sensÃvel esses teores foram reduzidos. No genÃtipo tolerante, o aumento nos teores de poliaminas totais foi sustentado principalmente pelo aumento nos teores de espermina (Spm) e espermidina (Spd), enquanto a diminuiÃÃo observada no genÃtipo sensÃvel foi devida, sobretudo, Ãs reduÃÃes nas formas de Put e Spd. Jà na fase II, no genÃtipo tolerante nÃo houve alteraÃÃes nos teores totais de poliaminas (provavelmente, devido a utilizaÃÃo de Put para a sÃntese de Spm e Spd), enquanto no sensÃvel esses teores foram reduzidos. Sob condiÃÃes de salinidade, o aumento nas formas livre e conjugada solÃvel de Spm e Spd foi mais pronunciado no genÃtipo tolerante do que no sensÃvel, sugerindo assim importante papel para essas duas poliaminas nos processos de aclimataÃÃo ao estresse salino em plantas de milho. Por fim, foi investigado se a ausÃncia de produÃÃo do etileno na fase II, causado pela salinidade no genÃtipo tolerante, foi relacionada com uma melhor capacidade antioxidante. O estresse salino aumentou drasticamente os teores do radical superÃxido, o vazamento de eletrÃlitos e a peroxidaÃÃo lipÃdica, sendo isso mais pronunciado nas folhas e raÃzes do genÃtipo sensÃvel. De modo geral, o genÃtipo tolerante teve melhor desempenho do sistema antioxidante enzimÃtico e nÃo enzimÃtico, sob condiÃÃes de estresse salino, evidenciado pelos maiores incrementos nos teores de ascorbato e glutationa e na atividade das enzimas dismutase do superÃxido, peroxidase do ascorbato e peroxidase do guaiacol. Em conclusÃo, os resultados aqui apresentados sugerem que o etileno està intimamente envolvido na aclimataÃÃo ao estresse salino, por meio da ativaÃÃo de vias de sinalizaÃÃo mediadas pelo H2O2 produzido a partir do catabolismo de poliaminas. AlÃm disso, sugere-se que essa sinalizaÃÃo induz o aumento nos teores de poliaminas e melhor capacidade antioxidante no genÃtipo BR5033, sendo isto, pelo menos em parte, responsÃvel por sua maior tolerÃncia ao estresse salino, quando comparado ao BR5011.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.teses.ufc.br:10035 |
| Date | 25 February 2015 |
| Creators | ValdinÃia Soares Freitas |
| Contributors | EnÃas Gomes Filho, Maria Raquel AlcÃntara de Miranda, Marlos Alves Bezerra, Franklin AragÃo Gondim, Josà HÃlio Costa |
| Publisher | Universidade Federal do CearÃ, Programa de PÃs-GraduaÃÃo em BioquÃmica, UFC, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFC, instname:Universidade Federal do Ceará, instacron:UFC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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