Fisiologia Vegetal
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Item Desmonostoc salinum CCM-UFV059, a novel cyanobacteria from a saline- alkaline lake: molecular and physiological responses to light, desiccation and salt stress(Universidade Federal de Viçosa, 2019-02-22) Alvarenga, Luna Viggiano de; Araújo, Wagner Luiz; http://lattes.cnpq.br/5025552116262277Cyanobacteria are widespread photosynthetic prokaryotes and are among the oldest organisms on Earth. During their long evolution, cyanobacteria developed an enormous diversity in terms of morphology, metabolic plasticity and molecular properties, which seems to be important factors to cope with limiting environmental conditions and allowed their ecological success in almost all known photic ecosystems. The first part of this work consisted of the taxonomic characterization, using the polyphasic approach, of the strain Desmonostoc salinum CCM-UFV059, a filamentous heterocytous cyanobacterium isolated from a hypersaline lake. Taken together, our data allowed the description of a new species and the first strain of the Desmonostoc genus from a saline environment. The second part of this work aimed to decipher the main salt acclimation mechanisms present in Desmonostoc salinum CCM-UFV059, because most studies on cyanobacterial salt acclimation have been carried out on unicellular strains, which cannot fix N 2 . We performed a comparative study using the model strain Nostoc PCC7120, and we could observe a remarkable high salt tolerance displayed by Desmonostoc salinum CCM-UFV059. In cells of Desmonostoc salinum CCM-UFV059 the intracellular sodium content was significantly lower than in Nostoc PCC7120 and these cells were able to sustain photosynthetic activity up to 0.5 M NaCl while Nostoc PCC7120 cells were not. Moreover, Desmonostoc salinum CCM- UFV059 induced sucrose over-accumulation under desiccation stress conditions, which allowed this strain to survive harsh desiccation stress. Together with the presence of highly unsaturated lipids in the membrane, the high sucrose production and the intense export of sodium could explain, at least partially, how Desmonostoc salinum CCM-UFV059 is capable of acclimate to high salinities and to resist longer desiccation periods. Collectively, our results provide the first insights into the physiological adaptations explaining the remarkable high salt and desiccation tolerance presented by this strain. Furthermore, given that cyanobacteria have several biotechnological applications, such as the production of biomass for human and animal consumption, and metabolites of industrial interest, the third part of this work was performed to analyze the physiological and metabolic responses of Desmonostoc salinum CCM-UFV059 submitted to different light availabilities, aiming at finding the light regime suitable for maximal biomass production as well as to better understand how distinct growth conditions may interfere within the basal metabolism. Collectively our results indicate that Desmonostoc salinum CCM-UFV059 display a highly plastic metabolism and the ability to grow in a large range of light regimes, that open the possibility to outdoor cultivation and commercial use of this species that has a great biotechnological potential. Notwithstanding, further research is clearly required in order to enable a large scale cultivation of Desmonostoc salinum CCM-UFV059.Item Respostas fisiológicas em cianobactérias da família Nostocaceae cultivadas sob estresse salino(Universidade Federal de Viçosa, 2015-02-19) Alvarenga, Luna Viggiano de; Araújo, Wagner LuizCianobactérias são procariotos fotossintetizantes amplamente distribuídos em todo o globo terrestre, apresentando mecanismos de adaptação e diversas vias metabólicas eficazes a condições ambientais limitantes à maioria dos seres vivos. Não obstante, as cianobactérias são organismos vantajosos para aplicações industriais, em função do seu rápido crescimento em comparação as plantas, necessidades nutricionais simples (luz solar, água e CO2 principalmente), e possibilidade de manipulação genética. Devido à sua diversidade natural e capacidade de crescer em diversos habitats, como áreas impróprias à agricultura, há uma crescente tendência na exploração de cianobactérias para a produção de biomassa e biocombustíveis. Ademais, esses organismos mostram-se adequados à análise e entendimento dos mecanismos adaptativos desenvolvidos em resposta às mudanças nas condições ambientais. Este projeto buscou analisar a fisiologia e o metabolismo de uma cianobactéria (UFV059) coletada em ambiente hipersalino (salinidade entre 77-237 gL-1) e comparar com a cepa modelo da família Nostocaceae, PCC7120. Os resultados obtidos indicam uma alta tolerância ao estresse salino pela cepa UFV059, apresentando crescimento em meio suplementado com até 500 mM de NaCl e bem como em DL50 nove vezes superior a observada para cepa modelo PCC7120. De maneira interessante, a cepa UFV059 apresentou aumento na concentração de clorofila a quando exposta a concentrações de 250 e 500 mM de NaCl, o que poderia culminar na manutenção de taxas fotossintéticas e consequentemente maior disponibilidade energética para os processos de aclimatação. Ademais, a cepa UFV059 sobreviveu a concentrações superiores a 1M apresentando extensa diferenciação celular, o que indica uma extensa reprogramação metabólica. A tolerância observada na UFV059 ocorreu muito provavelmente em função da presença de um aparato proteíco adaptado a ambientes salinos, bem como pela maior produção de EPS que restringiria, ao menos parcialmente, a entrada de cátions. Cumpre mencionar que o estresse salino representa um grande desafio na viabilização econômica do uso de cianobactérias em escala industrial, por meio do cultivo em águas salobras ou residuais. Essa caracterização inicial possibilitou a identificação parcial de alguns dos mecanismos de tolerância na cepa UFV059; porém, uma caracterização molecular se faz necessária para compreender melhor esta cepa, até então desconhecida e podem, em longo prazo, contribuir para o desenvolvimento de cianobactérias e plantas tolerantes a alta salinidade através da engenharia genética.