Fisiologia Vegetal
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Item Role of mitochondrial thioredoxin for redox regulation in the metabolism of Arabidopsis Thaliana(Universidade Federal de Viçosa, 2017-03-16) Pereira, Paula da Fonseca; Nesi, Adriano Nunes; http://lattes.cnpq.br/6419216674405263Redox-dependent changes substantially influence the functional activity of several proteins and participate in the regulation of the most vital cellular processes. Accordingly, thioredoxins (Trxs), small proteins containing a redox active disulfide group within its catalytic domain, have a fundamental role in the regulation of the redox environment of the cell. In plants, Trxs were early identified as mediators between light-driven electron transport and dark carbohydrate metabolism in chloroplasts. In other cell compartments than plastids, and in particular mitochondria, a growing body of information concerning Trx redox regulation has been obtained with the advent of proteomics and mass spectrometry-based techniques. Extraplastidial Trx system is comprised of two highly similar isoforms of NADPH-dependent Trx reductase, A and B, that are encoded by two distinct genes in Arabidopsis, whose gene products are denominated NTRA and NTRB and are both target to cytosol and mitochondria. The extraplastidial Trx system is also composed of several Trx h (in the cytoplasm) or Trx h and o in mitochondria which are, in turn, reduced by NTRA and NTRB. Previous studies showed that, in contrast to ntra and ntrb single knockout mutants, which show no visible phenotypic modifications under normal conditions, the double ntra ntrb mutant exhibit major modification differences. Previous studies have provided a significant contribution to our understanding of the TRX system in plants; however, the metabolic impact of this system has not been comprehensively evaluated. In order to gain more insight into the physiological and metabolic function of TRX system, the present study aimed to investigate the functional significance of Trx in cytosol and mitochondria by using an extensive steady state metabolic characterization of T-DNA insertional lines in Arabidopsis thaliana. That being said, here we focused on the investigation of the functional roles of TRXs in response to stress conditions and how Trxs and the regulated pathways interact to adjust to different cellular and metabolic requirements under normal growth conditions or following stress. In brief, the results presented here provided several novel findings and generated, at least preliminary, mechanistic interpretation of the impact of redox regulation on plant growth and carbon central metabolism. First, we characterized ntra ntrb double knockout mutant and two lines of the mitochondrial AtTRX-o1 subjected to multiple drought episodes. Our results indicate that Trx mutant plants are able to better cope with drought stress, which is probably linked with a lower energetic expenditure that would allow a faster recover in Trx mutants. In addition, we demonstrated the existence of a drought memory in plants by examining differential acclimative mechanisms associated with drought tolerance in Trx mutants of the mitochondrial Trx pathway in Arabidopsis. Moreover, it seems likely that this differential acclimation involves the participation a set of metabolic changes as well as redox poise alteration following recovery. The main results indicate that prior drought exposure is able to affect the subsequent response, indicating the occurrence of stress memory in drought stressed Arabidopsis plants. In addition, by evaluating physiological and metabolic responses of ntra ntrb and trxo1 mutants following high CO 2 enrichment and by the characterization of mitochondrial trxh2 knockout mutants, we demonstrate several evidences suggesting the importance of redox regulation by mitochondrial Trxs on stomatal function. Collectively, our data suggest a significant modulation of stomatal function by organic acids at high CO 2 in Trx mutants and, at the same time, they demonstrate that elevated CO 2 partly restored the metabolic response, including the intermediates of the TCA cycle, in Trx mutants. Overall, the results obtained are discussed both in terms of the importance of Trx for redox regulation in plant cell metabolism and with regard to the contribution that it plays in terms of total cellular homeostasis. The results discussed here not only provide important insight into the role of mitochondrial Trx system on the TCA cycle but also present a roadmap by which the role of Trx in the regulation of other key metabolic reactions of the mitochondria.Item Reviewing the functions of ethylene in growth and central metabolism in tomato(Universidade Federal de Viçosa, 2017-03-13) Nascimento, Vitor de Laia; http://lattes.cnpq.br/9069530912654269It is responsible for regulating various aspects of the plant life cycle, including seed germination, root initiation, root development, floral development, sexual determination, fruit ripening, senescence and responses to biotic and abiotic stresses. The biosynthetic pathway and the series of reactions to formation of ethylene are already well established. In addition, the ethylene signaling process is also well characterized in that receptors on the membranes recognize this gas and a signaling cascade is activated to the nucleus where ethylene responsive genes are expressed. Much is known about how phytohormones in general influence plant development or how it relates to the signaling and transduction of information that help these organisms to adapt to the most diverse conditions. On the other hand, little is known about its direct relationship with carbon metabolism. The main goal of this work was to provide an enhanced comprehension coupled with a revalidation of the functional role of ethylene as a growth-related phytohormone. Remarkably, the results described within this thesis further demonstrate that ethylene, plant growth and carbon metabolism are strictly associated. Interestingly, ethylene seems to act directly on plant growth by inhibit or, in absence of your perception, allow the increased growth in tomato plants. Thus, it was demonstrated that an exogenous application of this hormone is able to reduce plant growth coupled with several morphological and metabolic adjustments. By contrast, in tomato Never ripe mutant plants, that are ethylene insensitive, growth is fairly induced coupled with significant changes in carbon assimilation characterized by increases in photosynthesis and an extensive metabolic reprogramming. Finally, after revisiting the possible functions of ethylene as a plant growth regulator, we can conclude that a biphasic effect of ethylene occurs in tomato once opposite effects are exhibited on plant growth. It is reasonable to suggest that metabolic and biochemical mechanisms that govern these two phenomena are not necessarily opposites.Item Possível papel do silício, mediado pelo etileno, na formação do aerênquima em raízes de arroz(Universidade Federal de Viçosa, 2018-02-19) Machado, Kleiton Lima de Godoy; Da Matta, Fábio Murilo; http://lattes.cnpq.br/3887186480168323O arroz é a base alimentar de quase metade da população mundial. O arroz acumula silício e possui transportadores específicos para absorção desse elemento. O silício afeta a anatomia das raízes de arroz, aumentando a lignificação da endoderme e exoderme e afeta o metabolismo do arroz, contribuindo para que a planta produza mais etileno em suas raízes. Contudo, praticamente nada se sabe sobre como o silício afeta o metabolismo e o desenvolvimento das plantas, sob condições não estressantes. Sabe-se que o etileno constitui um dos sinais responsáveis pela morte celular programada, processo pelo qual aerênquimas são formados. Dessa forma, o objetivo do presente trabalho foi testar a hipótese de que o silício aumenta a porosidade da raiz, via maior desenvolvimento das lacunas do aerênquima radicular, o que estaria associado ao incremento da produção de etileno nesse órgão A fim de testar esta hipótese, foram realizadas análises anatômicas, de abundância de transcritos, níveis de alguns fitohormônios e quantificação de perfil metabólico de raízes de plantas de arroz tratadas ou não com silício. O silício foi associado a um aumento significativo da porosidade da raiz, estimada pelo aumento do teor de lacunas do aerênquima, maior produção de etileno e maiores níveis de transcritos relacionados ao metabolismo de etileno, biossíntese de paredes celulares, glicólise, entre outros, nos tecidos radiculares. Além disso, plantas suplementadas com silício tiveram, aparentemente, maior giro do ciclo dos ácidos tricarboxílicos e da via da fermentação (produção de lactato), provavelmente para satisfazer a demanda de processos energeticamente custosos, como a morte celular programada nessas raízes. Também foram observadas mudanças importantes nos níveis de aminoácidos. Os resultados sugerem que o silício altera a fisiologia do arroz aumentando a porosidade da raiz por intermédio do fitohormônio etileno.Item Plasticidade em Eucalyptus sp. à disponibilidade hídrica: respostas fisiológicas e metabólicas em clones contrastantes à Seca de Ponteiros do Vale do Rio Doce submetidos a ciclos de encharcamento e secagem(Universidade Federal de Viçosa, 2017-02-23) Oliveira, Franciele Santos; Araújo, Wagner Luiz; http://lattes.cnpq.br/0134560512686421A demanda por madeira vem, nos últimos anos, sofrendo largos incrementos em grande parte devido à sua imensa utilização em diversos setores da indústria. Cumpre ressaltar que o tipo de solo, condições climáticas, dentre outros fatores podem largamente afetar o desenvolvimento das plantas, em particular em Eucalyptus sp. Cabe mencionar, no entanto, que novas áreas de cultivo podem apresentar características contrastantes como, por exemplo, solos que permanecem encharcados por um determinado período e também áreas que sofrem com limitações na disponibilidade hídrica. No Brasil, uma anomalia relatada em regiões que passam por situações de encharcamento, conhecida como Seca de Ponteiros do Eucalipto Vale do Rio Doce (SPEVRD), tem ocasionado vários distúrbios fisiológicos em clones de eucalipto. Embora alguns estudos tenham sido realizados no intuito de se compreender essa anomalia, pouco se sabe acerca dos mecanismos adotados por esses materiais frente a ciclos consecutivos de estresse e como a deficiência hídrica modula essas respostas. Nesse sentido, a presente proposta buscou compreender os mecanismos fisiológicos e metabólicos associados a essas respostas diferenciais, ao avaliar a plasticidade frente às flutuações na disponibilidade hídrica em clones de Eucalyptus sp. submetidos a ciclos de encharcamento e secagem. Para tanto, esse trabalho foi dividido em duas partes independentes, mas complementares. Na primeira parte avaliaram-se os impactos metabólicos em clones de Eucalyptus sp. com tolerância diferencial a SPEVRD frente a um ciclo de encharcamento seguido por um ciclo de déficit hídrico. Na segunda parte desse trabalho o mesmo material foi submetido a dois ciclos de estresse (encharcamento e deficiência hídrica) seguidos por períodos de completa recuperação entre os estresses. Para isso, em ambos os experimentos utilizou-se clones contrastantes com tolerância diferencial à SPEVRD sendo um tolerante e outro sensível em um esquema fatorial 2x2 (dois clones e dois regimes hídricos) com seis repetições. Ao longo de todos os experimentos foram mensurados os parâmetros de trocas gasosas e fluorescência da clorofila a sendo a fotossíntese a variável utilizada como indicador da recuperação. Com isso, após os estresses, em ambas as partes, procurou-se promover a recuperação completa desses materiais baseada na recuperação das taxas fotossintéticas a níveis similares aos das plantas controle (ausência de estresse). Ademais, em momentos específicos (antes da imposição do estresse, após o encharcamento, recuperação, déficit hídrico e recuperação) foram coletadas amostras para análises bioquímicas. No primeiro experimento, ciclo curto, os resultados obtidos indicam que, embora o clone tolerante a SPEVRD apresente reduções precoces nos parâmetros de trocas gasosas e também no w comparadas ao clone sensível, a presença de mecanismos de quiescência parece ser de suma importância para a tolerância diferencial observada a nível de campo. Além disso, a alocação diferencial de biomassa, destacando-se aumentos expressivos na biomassa radicular, parece auxiliar a uma maior “tolerância” desse clone aos dois eventos distintos e sucessivos de estresse. De modo interessante, no segundo experimento, os resultados indicam que os clones sujeitos a ciclos recorrentes de estresses apresentam respostas distintas daquelas observadas após uma única situação de estresse e ainda é possível inferir que a imposição de ciclos consecutivos de estresse promova respostas que permitam, de certo modo, favorecer um melhor desempenho do clone tolerante. Em adição, é plausível sugerir que a aclimatação diferencial de clones de eucalipto a eventos múltiplos de estresse hídrico (por falta e excesso) parece ser dependente de um reajuste fino de processos metabólicos incluindo fotossíntese, respiração e metabolismo de açúcares e aminoácidos indicando a ocorrência de uma possível “memória ao estresse”.Item Importância fisiológica do catabolismo de lisina durante estresse salino em Arabidopsis thaliana(Universidade Federal de Viçosa, 2017-12-15) Neves, Tárik Galvão; Araújo, Wagner Luiz; http://lattes.cnpq.br/0345441921253142Solos salinos, aquele em que as concentrações de sal excedem à 10 mM de cloreto de sódio (NaCl), geram danos significativos que afetam o crescimento e desenvolvimento de cultivos agrícolas. A ocorrência de solos salinos é comum em regiões áridas e semi-áridas. No entanto, áreas agricultáveis podem sofrer com a salinização onde, em conjunto com um sistema de drenagem natural ou artificial ineficaz, a água de irrigação, ainda que de boa qualidade, pode gerar o acúmulo de sal na rizosfera. Os impactos em plantas causados pelo excesso de sal nos solos culminam em (i) estresse osmótico que reduz o potencial hídrico do solo, dificultando a obsorção de água pelas raízes, e (ii) desbalanço iônico celular caso altas concentrações de Na + ou Cl - forem absorvidos. Em conjunto, os danos causados pela presença de altas concentrações de NaCl na solução do solo diminuem a absorção de água e nutrientes, interferindo em processos metabólicos importantes como fotossíntese e respiração. Cumpre ressaltar que as mitocôndrias de plantas desempenham deversas funções importantes para o metabolismo vegetal e, em condições de estresse salino, a geração de energia mediada pelo ciclo dos ácidos tricarboxílicos (TCA) e pela cadeia transportadora de elétrons mitocondrial (mETC) são afetados pelo déficit de carboidratos provenientes da fotossíntese. Nesse contexto, vias alternativas da respiração são induzidas fornecendo elétrons para mETC e compostos intermediários para o ciclo do TCA. Estudos recentes mostram que a degradação de proteínas e catabolismo de aminoácidos podem gerar incrementos nas taxas respiratórias em condições de escassez de carbono. Tanto a biossíntese quanto o catabolismo de lisina apresentam uma estreita ligação com o metabolismo energético em especial com o ciclo do TCA. Dessa forma, o presente trabalho buscou investigar o papel da lisina nas respostas fisiológicas e metabólicas em resposta ao estresse salino. Para tanto, os impactos ocasionados ao crescimento e metabolismo foram analisados em mutantes na biossíntese de lisina fornecendo evidências fenotípicas e fisiológicas da importância de lisina para uma maior tolerância ao estresse salino em Arabidopsis thaliana. Plântulas de Arabidopsis com redução da atividade da enzima L,L-diaminopimelato aminotransferase (dapat) mostraram uma maior sensibilidade ao estresse salino quando comparadas ao seu tipo selvagem, apresentando baixa germinação de sementes em todos tratamentos com estresse salino, enquanto mutantes para a dihidropicolinato sintase (dhdps-2) apresentaram maior tolerância ao estresse salino. Além disso, foi observado em todos genótipos reduções progressivas nos valores da eficiência fotoquímica máxima do fotossistema II (F v /F m ) ocorrendo de forma mais acelerada quando submetidas a 150 mM de NaCl. Concomitantemente, diminuições nos teores de clorofila total e na razão clorofila a / clorofila b foram observadas. Não obstante, o estresse salino induziu o acúmulo de aminoácidos totais, bem como diminuições nas concentrações de proteínas totais e amido. Assim, é plausível sugerir que outros compostos, que podem atuar como osmorreguladores, tiveram papel importante nas respostas aqui observadas. Os resultados apresentados demonstram a importância de lisina como um substrato alternativo para manutenção da homeostase celular em condições de estresse salino.Item Desenvolvimento foliar em Passiflora edulis Sims.: caracterização do perfil metabólico, da expressão gênica e do papel de açúcares na modulação das vias miR156 e miR172(Universidade Federal de Viçosa, 2017-03-27) Silva, Priscila Oliveira; Otoni, Wagner Campos; http://lattes.cnpq.br/5994793472407655No decurso do desenvolvimento pós-embrionário, em algumas espécies vegetais a transição da fase juvenil para a adulta é marcada por alterações na morfologia e anatomia das folhas (heteroblastia) e pela aquisição de competência reprodutiva. Recentemente, considerável progresso tem sido obtido na caracterização dos mecanismos genéticos e moleculares envolvidos nesses processos. Tais avanços demonstram que microRNAs, com destaque para o miR156 bem como seu gene-alvo (SQUAMOSA PROMOTER BINDING-LIKE PROTEIN-9, SPL9), e miR172 modulam as alterações na morfologia da folha e controlam a transição da fase vegetativa juvenil para adulta em plantas. Estudos prévios têm demostrado que o miR156 é altamente expresso no início do desenvolvimento vegetativo de Arabidopsis thaliana e seus níveis de expressão diminuem com a idade enquanto o miR172 e os fatores de transcrição SPLs envolvidos na expressão de características adultas apresentam um padrão oposto, aumentando à medida que as folhas passam da fase juvenil para a adulta. Contudo, como os níveis do miR156 são regulados ao longo do desenvolvimento vegetativo ainda não foi completamente esclarecido, embora existam evidências de que açúcares sejam os sinais que desencadeiam a transição vegetativa juvenil para a adulta, mediante a regulação dos níveis de miR156. Portanto, visto a importância dos miRNAs no metabolismo vegetal e enfatizando seu papel no controle de transição de fase vegetativa foliar juvenil para adulta, adotou-se como espécie-alvo Passiflora edulis Sims, que possui padrões morfológicos marcantes de transição de fase juvenil-adulto das folhas. Em P. edulis os estágios de desenvolvimento juvenil-adulto são bem caracterizados, de modo que as folhas jovens são monolobadas com lâmina foliar pequena e margem lisa, enquanto as adultas são trilobadas com lâmina foliar maior e margem serrilhada. Ademais, as mudanças na forma e no tamanho da folha juvenil versus adulta ocorrem de maneira gradativa ao longo do desenvolvimento vegetativo, sendo um modelo interessante para estudo do programa genético que controla o processo de heteroblastia. Assim, investigou- se o envolvimento da via regulatória miR156/SPL e miR172 e o papel dos açúcares na modulação dos processos heteroblásticos ao longo do desenvolvimento vegetativo de P. edulis. Os resultados demostraram que, ao longo do desenvolvimento vegetativo de P. edulis, os níveis de expressão do miR156 tenderam ao declínio gradativo com o aumento da maturidade das folha, enquanto o miR172 apresentou padrão oposto. Os níveis de expressão do miR172 aumentaram significativamente a partir da décima folha, a qual reflete a transição de fase vegetativa da espécie. Ainda, as análises de determinação de metabólitos primários mostram correlação positiva entre o aumento dos conteúdos de açúcares e os níveis de miR172 com as alterações na morfologia da folha durante a transição de fase juvenil para a adulta. Adicionalmente, as investigações in vitro evidenciaram que a incorporação de fontes de açúcares ao meio de cultivo de explantes cotiledonares, em especial a glicose, induzem traços heteroblásticos durante a neoformação de estruturas caulinares na organogênese in vitro em P. edulis, mediante a modulação da via miR156/SPL. Tais resultados são corroborados pelos padrões de expressão gênica obtidos, sendo demonstrado uma robusta ligação entre a expressão de miR156 e miR172 com o processo heteroblástico in vitro. De forma que houve acúmulo significativo do miR156 nos tratamentos com maior emissão de brotos e folhas juvenis, enquanto que miR172 apresentou um padrão oposto, com níveis mais expressivos nos tratamentos onde o padrão morfogênico das folhas foi alterado. Ademais, a hibridização in situ mostrou uma distribuição espacial de transcritos de PeSPL9 no meristema apical caulinar e nos primórdios foliares em expansão, sugerindo o envolvimento de SPL9 na morfogênese foliar durante o desenvolvimento vegetativo de P. edulis. Portanto, os resultados aqui apresentados ampliam as bases do conhecimento acerca do papel do metabolismo do carbono, principalmente da glicose, na modulação da via de miR156 e miR172 durante a foligênese em P. edulis, e abre novas perspectivas da participação de açúcares na modulação da via dos microRNA, a serem investigadas em trabalhos futuros.Item Brachypodium distachyon (L.) P. Beauv.: caracterização metabólica e estabilidade genética durante a embriogênese somática e modulação da parede celular pela luz(Universidade Federal de Viçosa, 2017-03-28) Mamedes, Talita Cristina; Otoni, Wagner Campos; http://lattes.cnpq.br/9127887226685810Brachypodium distachyon tem sido utilizado como espécie modelo para gramíneas de forma bem sucedida. Nesse sentido, objetivou-se avaliar sucessivos subcultivos de calos embriogênicos até a formação de embriões somáticos, analisando-se caracteres morfo- fisiológicos, o perfil metabólico e a estabilidade genética das plantas obtidas, bem como o efeito da qualidade da luz na morfogênese e modulação dos componentes da parede celular, anatomia, enzimas do sistema antioxidativo e expressão de genes da rota lignocelulósica. No primeiro experimento, embriões imaturos foram cultivados in vitro em meio contendo 2,4-D para indução de calos. Calos embriogênicos (CE) foram coletados aos 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240 e 360 dias de idade e calos não embriogênicos (CNE), aos 30 dias. Após as transferências para meio de indução foram coletadas estruturas embriogênicas (EE) oriundas de 60, 90, 120, 150, 180, 210 e 240 dias, em meio contendo cinetina. Com base nos dados morfo-fisiológicos por meio de discriminantes canônicas as idades 60 e 90 dias são as mais indicadas para o uso, devido à capacidade regenerativa e formação de EE. O perfil metabólico de CE mostrou a separação de dois grupos de 30 aos 240 e 360 dias por meio da análise de componentes principais (PCA). A maioria dos metabólitos sofreu queda drástica dos teores relativos de metabólitos aos 360 dias. Os metabólitos ácido malônico, triptofano, asparagina e eritrose os quais foram importantes para discriminar os grupos. Com a análise univariada (Teste t) foi possível destacar quais metabólitos reduziram em CNE como os aminoácidos ácido aspártico, asparagina, triptofano e glicina, sugerindo serem indispensáveis para a competência embriogênica em B. distachyon. O status metabólico de EE permitiu a separação em três grupos: 60, 90 e 120 a 240 dias. Os metabólitos- chave para distinguir entre os grupos de EE foram o galactinol, o oxaloacetato, o triptofano e a valina. A estabilidade genética das plantas regeneradas foi avaliada por citometria de fluxo, mostrou que não houve relação da instabilidade da ploidia em plantas regeneradas de calos de B. distachyon com a idade dos calos. Conclui-se que a perda da capacidade regenerativa de CE em B. distachyon ocorre a partir de 120 dias, mostrando que o uso de CE pode ser estendido para 90 dias de cultivo. No segundo experimento, os tratamentos foram constituídos por três qualidades de luz: lâmpadas fluorescentes (LF), LED Branca e LED azul (A)/vermelho (V) de mesma irradiância. Após 40 dias as qualidades de luz influenciaram a morfo-fisiologia, deposição de lignina, alterações no sistema de enzimas antioxidantes e expressão de genes envolvidos na rota lignocelulósica de plantas in vitro de B. distachyon. As LFs, de uso tradicional em salas de crescimento, promoveram maiores taxas de crescimento, forte deposição de lignina, maiores quantidades de celulose corroborando com as maiores expressões dos genes CESa4 e CESa7. Os genes PAL1 e F5H1 tiveram seus níveis de expressão em plantas aumentados quando submetidas à LED A/V em comparação com as crescidas sob LFs ou LED Branca, enquanto que os demais genes analisados não variaram os níveis de expressão entre os tratamentos. O gene CESa4 teve sua expressão reduzida sob LED A/V, sendo que nessa qualidade espectral houveram plantas menores, com aumento no teor de lignina total e maior deposição de lignina G em relação à lignina S e baixa quantidade de celulose total, comparativamente aos demais tratamentos. No tratamento LED Branca, ambos CESa4 e CESa7 apresentaram expressão reduzida em relação à LF, além do aumento significativo nas atividades das enzimas SOD e CAT demonstrando ser importantes mecanismos de defesa antioxidativo induzido por LED Branca. Conclui-se que a qualidade espectral das lâmpadas LEDs alterou os teores de lignina e celulose e a expressão de genes de suas rotas de síntese, além de terem sido observadas alterações anatômicas e em mecanismos de defesa antioxidativa em B. distachyon. Em conjunto, esses dados sugerem que a regulação dos padrões de deposição de parede celular e lignificação são afetadas pelos espectros da luz e sua remodelação pode ser feita de acordo com qualidade de luz.Item On the roles of organic acids transport and sucrose metabolism controlling stomatal movements(Universidade Federal de Viçosa, 2017-07-19) Medeiros, David Barbosa; Araújo, Wagner Luiz; http://lattes.cnpq.br/2874097229492489Regulation of the stomatal movements by osmotic control is a well-documented mechanism that is associated to the transport of solutes coupled with changes in the guard cell metabolism. Potassium and chloride are the main inorganic ions whereas malate and sucrose (Suc) are the main organic osmolytes involved in stomatal movements. Despite the growing body of information concerning the control of stomatal movements, there are, however, several gaps regarding the stomata regulation to be fully elucidated. Thus, understanding stomatal behaviour represents an important step towards enhancement of water use efficiency in plants. Several efforts have been performed to fully characterize the events that occur in guard cells. Experimental data describing distinct aspects of stomatal behaviour have been presented, providing significant insights into guard cell transcriptome, proteome, and metabolome. In this thesis I, initially, revisited the current available omics studies and modelling in guard cells. By doing that, it was possible to demonstrate that the current modelling approaches describe the stomatal conductance in terms of relatively few easy-to- measure variables being unsuitable for in silico design of genetic manipulation. Therefore, we discuss that system biology approach combining modelling and high-throughput assays may be used to elucidate the mechanisms underlying stomatal control allowing a better prediction of phenotypes in the field. Additionally, to obtain a more comprehensive picture of the function of organic acid transport and sucrose metabolism during stomatal movements, three independent but complementary experimental approaches were used to: (i) characterise mutant plants lacking the organic acids channel located at the guard cell plasma membrane (AtQUAC1); (ii) analyse the effects on stomatal behaviour, photosynthetic capacity, and the metabolism due to impaired malate and fumarate accumulation in Arabidopsis leaves; (iii) to investigate the effects of sucrose on the stomatal aperture and the carbon flux during stomatal opening by using stomatal aperture assays and isotope labelling kinetic experiments. Briefly, the results presented here provided several novel findings. Firstly, the inefficient stomatal closure via the repression of AtQUAC1 culminates in higher growth and photosynthetic rates through increased mesophyll and stomatal conductance, followed by changes in organic acids and sugars accumulation in leaves. Secondly, impaired malate and fumarate accumulation throughout the diel cycle in attdt mutants strongly affected mitochondrial metabolism but not plant growth without any impact in both stomata kinetics and photosynthesis. Thirdly, the role of sucrose during stomatal opening was demonstrated to be dose-dependent whilst sucrose is degraded within guard cells during light-induced stomatal opening. Collectively, the results obtained here demonstrate the complex interaction between guard cells and mesophyll and also highlight the role of the mesophyll metabolism as an important player controlling guard cell movements. I further discuss these observations in the context of the current knowledge concerning the metabolic control of stomatal movements, central carbon metabolism, and plant performance.Item Propagação in vitro e quantificação de compostos do metabolismo primário e secundário de crem (Tropaeolum pentaphyllum LAM)(Universidade Federal de Viçosa, 2016-12-02) Sartor, Fernanda Raquel; Rogalski, Marcelo; http://lattes.cnpq.br/3815103721954838O crem (Tropaeolum pentaphyllum Lam.) tem ocorrência natural na América do Sul com maior incidência nos estados da Região Sul do Brasil, compondo ambiente de florestas e margens de rios. Os tubérculos da planta são apreciados na culinária tradicional na forma de conservas, suas folhas e flores também são consumidas como hortaliças. O crem também é considerado planta medicinal, atuando na redução do colesterol, apresentado atividades antimicrobiana e antiescorbútica, entre outras. A espécie está na lista das Espécies Ameaçadas de Extinção do Rio Grande do Sul decorrente da ameaça das populações naturais pela grande expansão das atividades agrossilvopastoris e ao extrativismo descontrolado dos tubérculos. Tradicionalmente, sua propagação é feita com o plantio de tubérculos semente que apresentam dormência, dificuldades na propagação e ramificação desuniformes. O presente estudo propõe estabelecer um sistema de propagação in vitro via meristemas pré-existentes, visando à propagação massiva. Para tal, buscou-se a otimização de alguns fatores como a combinação de reguladores de crescimento, as trocas gasosas (por ventilação natural dos frascos), a irradiância e qualidade espectral das fontes luminosas. Também objetivou-se identificar e quantificar potenciais compostos secundários de interesse medicinal, bem como caracterizar os principais metabólitos do metabolismo primário. Os resultados obtidos permitiram conhecimentos sobre o comportamento morfofisiológico in vitro e proporcionaram um protocolo eficiente na obtenção de mudas em quantidade e de qualidade fitossanitária, de modo a minimizar os danos negativos do extrativismo acelerado às populações de ocorrência natural.Item Estudo da resistência à seca em soja: avaliações fisiológicas, metabólicas e moleculares(Universidade Federal de Viçosa, 2017-08-15) Silva, Adinan Alves da; Ribeiro, Cleberson; http://lattes.cnpq.br/6203817648437023A 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.