Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Global climate changes are responsible for the increased frequency of episodes of drought and high concentrations of tropospheric ozone, which can occur simultaneously reducing plant growth, limiting agricultural production and affecting the food supply for an increasing world population. These environmental stresses can lead to the overproduction of reactive oxygen species, promoting oxidative stress and causing metabolic imbalance. Cell membranes are the primary targets of damage induced by stresses and the preservation of cell integrity through remodeling of membrane lipids is essential for plant survival under adverse conditions. The objective of this study was to investigate the effects of drought, ozone and the combined stresses in two cowpea cultivars with different degrees of drought tolerance: EPACE-1 (tolerant) and IT83-D (susceptible) through physiological responses and a study focused on the content and composition of membrane lipids, as well as on the expression of genes related to the biosynthesis and degradation of these lipids. Drought and ozone (120 ppb), isolated or in combination, were applied on three-week-old seedlings during two weeks. After 7 and 14 days of treatments, physiological parameters were determined. Lipids extracted from leaves were analyzed by gas chromatography/mass spectrometry. Transcript accumulation (VuMGD1, VuMGD2, VuDGD1, VuDGD2, VuCLS, VuFAD7, VuFAD8, VuPLD1 and VuPAT1) was detected in leaves by real time PCR. In both cultivars, drought inhibited the plant growth and photosynthesis through stomatal closure, which appeared to involve the gene expression of phospholipase D (VuPLD1). Ozone caused foliar injury and degradation of galactolipids, mainly in IT83-D. In this cultivar, the damage resulted in an increase in DGDG:MGDG ratio and in VuDGD2 expression. Furthermore, a partial decrease in the phospholipids content in response to ozone was associated with an increase in VuPLD1 expression, suggesting a replacement of phospholipids by DGDG. Differently, EPACE-1 cultivar in the presence of ozone, concomitantly with the degradation of galactolipids, showed an increase in storage lipids and DPG (cardiolipin) contents. The two stresses in combination led to results similar to those observed in response to the drought treatment alone, in both cultivars, which likely reflected the severe restriction of ozone uptake resulting from drought-induced stomatal closure. In conclusion, the present results highlight the prominent role of membrane lipids in the metabolic adjustments that occur for the plant tolerance to drought and ozone. / As mudanÃas climÃticas globais sÃo responsÃveis pelo aumento da frequÃncia de episÃdios de seca e de elevadas concentraÃÃes de ozÃnio troposfÃrico, que podem ocorrer simultaneamente, reduzindo o crescimento das plantas, limitando a produÃÃo agrÃcola e afetando o suprimento de alimentos para a crescente populaÃÃo mundial. Esses estresses ambientais podem levar à superproduÃÃo de espÃcies reativas de oxigÃnio, promovendo o estresse oxidativo e causando desequilÃbrio metabÃlico. As membranas celulares sÃo os primeiros alvos de danos induzidos por estresses e a preservaÃÃo da integridade celular atravÃs da remodelaÃÃo dos lipÃdios de membrana à essencial para a sobrevivÃncia da planta sob condiÃÃes adversas. O objetivo deste trabalho foi investigar os efeitos da seca, do ozÃnio e dos estresses combinados em dois cultivares de feijÃo-de-corda dotados de diferentes graus de tolerÃncia à seca: EPACE-1 (tolerante) e IT83-D (sensÃvel) atravÃs de respostas fisiolÃgicas e de um estudo focado no teor e na composiÃÃo de lipÃdios de membrana, assim como na expressÃo de genes relacionados à biossÃntese e à degradaÃÃo desses lipÃdios. A seca e o ozÃnio (120 ppb), isolados ou combinados, foram aplicados nas plantas apÃs trÃs semanas de germinaÃÃo, durante duas semanas. ApÃs 7 e 14 dias de tratamentos, parÃmetros fisiolÃgicos foram determinados. Os lipÃdios extraÃdos de folhas foram analisados por cromatografia gasosa/espectrometria de massa. O acÃmulo de transcritos (VuMGD1, VuMGD2, VuDGD1, VuDGD2, VuCLS, VuFAD7, VuFAD8, VuPLD1 e VuPAT1) foi detectado em folhas por PCR em tempo real. Em ambos os cultivares, a seca inibiu o crescimento e a fotossÃntese atravÃs do fechamento estomÃtico, o que pareceu envolver a expressÃo gÃnica da fosfolipase D (VuPLD1). O ozÃnio causou injÃria foliar e degradaÃÃo de galactolipÃdios, principalmente em IT83-D. Neste cultivar, os danos implicaram no aumento da relaÃÃo DGDG:MGDG e da expressÃo de VuDGD2. AlÃm disso, uma diminuiÃÃo parcial no teor de fosfolipÃdios em resposta ao ozÃnio foi associada ao aumento da expressÃo de VuPLD1, sugerindo-se uma substituiÃÃo de fosfolipÃdios por DGDG. Diferentemente, o cultivar EPACE-1 em presenÃa de ozÃnio, concomitantemente com a degradaÃÃo de galactolipÃdios, mostrou um aumento nos teores de lipÃdios de reserva e de DPG (cardiolipina). A combinaÃÃo dos estresses levou a resultados semelhantes aos encontrados com a seca aplicada isoladamente, em ambos os cultivares, o que provavelmente reflete a forte restriÃÃo da absorÃÃo de ozÃnio devido ao fechamento dos estÃmatos induzido pela seca. Em conclusÃo, os presentes resultados ressaltam o proeminente papel dos lipÃdios de membrana nos processos de ajustamento metabÃlico que ocorrem para regular a tolerÃncia das plantas à seca e ao ozÃnio.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.teses.ufc.br:9941 |
| Date | 31 October 2014 |
| Creators | Deborah Moura RebouÃas |
| Contributors | Dirce Fernandes de Melo, Matthieu Bagard, Maria Erivalda Farias de AragÃo, Ivan de Godoy Maia, Ana Rita Matos |
| 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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