Fisiologia Vegetal
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Item Mobilização de carboidratos pelos botões florais de café (Coffea arabica L.) em expansão(Universidade Federal de Viçosa, 1986-12-04) Melotto, Eunice; Barros, Raimundo SantosCom o objetivo de estudar a mobilização de carboidratos pelo botão floral de cafê em expansão após a quebra da dormência, três fontes alternativas de assimilados foram analisadas: a fotossíntese atual nas folhas, os recursos de carboidratos prê-existentes nas folhas e as reservas dos ramos. Dessas, a fotossintese que ocorre nas folhas, concomitantemente ao crescimento dos botões, mostrou ser a fonte mais importante no suprimento de carboidratos. Quando a entrada de carboidratos foi contínua (fotossintese atual), as correlações entre os níveis de carboidratos das folhas ou dos ramos e a expansão dos botões foram baixas, ou mesmo nulas, isto é, as duas variáveis mostraram-se independentes. Os botões florais não exauriram completamente os carboidratos das folhas ou dos ramos, quando estavam conectados a uma ârea foliar fotossinteticamente ativa. Em ausência dessa, houve uma correlação entre a depleção de carboidratos nas folhas ou ramos e a expansão dos botões florais. Ramos despidos de folhas e folhas impedidas de realizar fotossintese, pela cobertura com papel, forneceram amido e açúcares solúveis, resvectivamente, para os botões florais a eles conectados. O amido armazenado nos ramos foi mobilizado a grandes distâncias e pareceu ser mais importante que os açúcares solúveis das folhas, para o crescimento dos botões. Botões florais conectados a folhas cobertas cresceram menos e cairam prematuramente, quando comparados aos botões conectados a ramos.Item Sequenciamento, caracterização e comparação evolutiva dos plastomas de Euterpe edulis e Euterpe Oleracea(Universidade Federal de Viçosa, 2017-07-25) Silva, Odyone Nascimento da; Rogalski, Marcelo; http://lattes.cnpq.br/3969533047091830As espécies E. edulis e E. oleracea pertencem à família Arecaceae e são as espécies mais importantes desse gênero, pela multiplicidade de usos e com destaque para comercialização de seus frutos e palmito. Neste sentido, reportamos a sequência completa e caracterização do genoma plastidial de ambas as espécies, que são as primeiras da tribo Euterpeae a terem seu plastoma sequenciado. Os plastomas das duas espécies apresentam uma estrutura quadripartida circular, que é típica na maioria das angiospermas. A estrutura do plastoma, a ordem dos genes e o conteúdo gênico são semelhantes às outras espécies da família Arecaceae. Exceções foram observadas nos genes ycfl e o rpsló que aparecem como pseudogenes em algumas espécies da família Arecaceae e nesta pesquisa aparecem na forma funcional em ambas as espécies. A análise de divergência de genes mostra que o gene ycfl é um dos genes mais divergentes na família Arecaceae. As espécies do gênero Euterpe mostraram uma alta conservação de sítios de edição de mRNA e a presença de 23 predições de sítios mRNA não observados em outras palmeiras. As duas espécies apresentam distribuição similar de SSRs com algumas regiões contendo um número mais elevado dos localizados principalmente nas regiões de cópia única. Nos plastomas das duas espécies foram localizados e caracterizados seis hotspots de divergência de nucleotídeos entre as espécies em estudo, todos localizados na região de cópia única. Baseadas no plastoma de 36 espécies pertencentes à família Arecaceae, as árvores filogenômicas obtidas por duas análises estatísticas mostraram um alto valor de suporte para as relações entre as tribos amostradas, incluindo o gênero Euterpe dentro da tribo Euterpeae. Por tanto, o sequenciamento permitiu caracterizar o genoma plastidial, identificar sequências repetidas e microssatélites, detectar pontos de divergência gênica, analisar divergência dos genes e previsão de edição de mRNA nas duas espécies do gênero Euterpe, que serão úteis para seleção de dados em futuros estudos filogenéticos e evolutivos da tribo e dentro da família Arecaceae. Palavras-Chave: Arecaceae. Filogenia. Açaí. Genética de cloroplastos. Diversidade genética.Item Importância fisiológica dos transportadores mitocondriais de adenilatos AACs em Arabidopsis thaliana(Universidade Federal de Viçosa, 2019-03-11) Batista, Amanda Lima; Nesi, Adriano Nunes; http://lattes.cnpq.br/5734266643442378A mitocôndria é a organela responsável pela maior parte do fornecimento do ATP necessário para os processos metabólicos de manutenção do crescimento e respostas a vários estresses. O transporte de adenilatos (AMP, ADP e ATP) através da membrana mitocondrial interna é mediado por proteínas carreadoras especializadas, dentre as quais se encontram os carreadores do tipo antiporte ADP/ATP (AAC), que exportam o ATP para o citosol e, simultaneamente, importam o ADP para a matriz mitocondrial. Em Arabidopsis thaliana, são encontradas as isoformas AAC1, AAC2 e AAC3, cujos papeis fisiológicos ainda permanecem desconhecidos. Neste trabalho, avaliou-se em Arabidopsis thaliana o papel dos transportadores mitocondriais de ADP/ATP, denominados AtAAC1, AtAAC2 e AtAAC3. Para tal, foram utilizadas linhagens mutantes homozigotas com baixa expressão obtidas por inserção do T-DNA. Estas plantas foram caracterizadas a nível fisiológico e bioquímico. A análise do padrão de expressão dos genes AACs em plantas selvagens em condições ideais de cultivo demonstrou que de fato eles provavelmente desempenham papeis fisiológicos distintos em função do tecido e estágio do desenvolvimento. O gene AAC1 se apresentou como a isoforma mais abundante, independente do tecido e estágio do desenvolvimento. O AAC2 e o AAC3 tiveram expressão mais relevante em tecidos relacionados à fase reprodutiva, tais como grãos de pólen, flores e síliquas. Análise da expressão demonstrou que, na ausência do gene AAC2, ocorre regulação positiva dos demais transportadores de adenilatos da célula. Os mutantes para os genes AAC1, AAC2 e AAC3 exibiram maiores taxas de respiração noturna em relação a plantas WT sem apresentarem alterações na assimilação líquida de carbono e no crescimento. Adicionalmente, a quantificação metabólica nas plantas mutantes das três isoformas apontou tendência de maior acúmulo nos teores de aminoácidos, proteínas, glicose, frutose, sacarose e amido ao longo do período luminoso e alto consumo dos mesmos durante o período noturno. Também foram observadas maiores razões de poder redutor [NAD(P)H/NAD(P) + ] em mutantes para o gene AAC1, AAC2 e AAC3 comparado ao WT. Tomados em conjunto, os resultados sugerem que, esses transportadores ADP/ATP estão envolvidos principalmente no metabolismo do processo respiratório, balanço redox e concentrações de metabólitos nitrogenados e carbonados. Assim, pode-se sugerir que a dinâmica distribuição das moléculas de adenilato, promovida por estes transportadores, tenha vipapeis relevantes na sincronia entre o metabolismo diurno e noturno em plantas, contribuindo assim para a manutenção do steady-state celular, por mecanismos que precisam ser investigados. Para tal, é necessário, aprofundar a compressão do papel destes transportadores nos tecidos vegetais e condições adversas bem como o papel de enzimas chave que atuam no processo.Item Efeitos da superexpressão do microRNA156 sobre a morfofisiologia de Passiflora edulis Sims. durante a transição de fase juvenil/adulta(Universidade Federal de Viçosa, 2020-03-02) Soares, Jéssica Ribeiro; Otoni, Wagner Campos; http://lattes.cnpq.br/3191746929406319Item The role of NAD+ compartmentation and dynamics in Arabidopsis thaliana(Universidade Federal de Viçosa, 2020-02-19) Araujo, Elias Feitosa; Nesi, Adriano Nunes; http://lattes.cnpq.br/4607484418104157Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+) is a fundamental coenzyme required to regulate plant central metabolism and redox status homeostasis. Plants produce NAD+ via de novo and salvage pathways. Despite early steps of the two pathways occur in different subcellular compartments, de novo in chloroplasts and salvage in cytosol, both pathways produce the final product NAD+ exclusively in the cytosol. Thus, NAD+ must be imported into organelles to drive biological processes inside them. In Arabidopsis thaliana, three genes have been identified as NAD+ carriers, namely NDT1 (At2g47490) and NDT2 (At1g25380), both targeted to the inner mitochondrial membrane, and the peroxisomal transporter PXN (At2g39970). The previous functional characterization of NDT1, NDT2 and PXN have revealed their importance for seed production and quality, seedling establishment, photosynthesis, metabolism, stomatal density and stomatal conductance. To extend our knowledge on the importance of NAD+ dynamics, we used mutants for NAD+ transport and focused in comprehend: (1) how altered NAD + distribution affects stomatal development in cotyledons, (2) the crosstalk between NAD+ transport and elevated atmospheric CO2 concentration and (3) NAD + dynamics in vivo under different environmental cues. The results indicate that NAD negatively regulates stomatal development in cotyledons of Arabidopsis. Seedlings with reduced expression of mitochondrial (NDT1 and NDT2) and peroxisomal (PXN) NAD+ transporter genes displayed reduced numbers of stomata lineage cells and reduced stomatal density. Furthermore, cotyledons of wild- type seedlings treated with exogenous NAD+ and cotyledons of mutant plants with reduced NAD+ breakdown capacity also exhibited reduced stomatal number. Impaired NAD+ transport and the exogenous NAD+ feeding were further associated with the induction of abscisic acid (ABA)-responsive genes. Additionally, NAD+ feeding of aba- 2 and ost1 seedlings, impaired in ABA synthesis and ABA signaling, respectively, did not impact on stomatal number, whereas the inhibition of ABA synthesis rescued the stomatal phenotype in NAD+ carrier mutants. Moreover, in vivo measurement of ABA dynamics in seedlings of an ABA-specific optogenetic reporter - ABAleon2.1 treated with NAD+ showed increases in ABA content, suggesting that NAD+ impacts on stomatal development through ABA synthesis and signaling. The results demonstrate that intracellular NAD+ homeostasis is essential for normal stomatal development, and provide a link between central metabolism and developmental plasticity. Posteriorly, NAD+ carrier mutants were grown under elevated CO2 concentrations and overall results showed that, under high CO2 , the mutants displayed reductions in total biomass and leaf number compared to the control under ambient CO2 . Furthermore, higher levels of photorespiratory intermediates such as glutamate and glycine were found in the mutant lines under elevated CO2 . Moreover, mutant lines produced much less seeds than wild-type plants regardless of CO2 concentration, demonstrating that NAD+ compartmentalization is fundamental during reproductive phase in both ambient and high CO2 concentration. With the aim to deeper study NAD + dynamics, we transformed wild-type and a ndt1 mutant line with the Peredox-mCherry sensor that permits the measuring of cytosolic NADH dynamics in vivo. The cytosol of ndt1 mutant lines presented higher levels of NADH/NAD + compared to the control line. Additionally, increased cytosolic levels of NADH/NAD+ in leaves of ndt1 mutants was observed upon the exogenous feeding of sugars and tricarboxylic acid (TCA) cycle intermediates. Surprisingly, light, mitochondrial electron transport chain (mETC) inhibitors and oxygen deprivation treatment did not show significant differences in cytosolic NADH/NAD+ content in ndt1 mutants compared to wild-type. The results provide evidence of disruption of NAD+ balance among organelles in ndt1 mutants and show the power of this technique to follow NADH dynamics in vivo. Collectively, the data presented provide different inputs to show that, not only NAD+ metabolism, but also NAD+ distribution across organelles, are fundamental to drive essential biological processes in plants. Furthermore, this study proposes a direct link between central metabolism and early developmental process such as stomatal development. Keywords: Nicotinamide adenine dinucleotide. NAD+ transport. Metabolism. Development.Item Alterações físicas e bioquímicas em tubérculos de batata tratados com inibidores de brotação(Universidade Federal de Viçosa, 2020-03-05) Moreira, Karoliny Ferreira; Finger, Fernando Luiz; http://lattes.cnpq.br/2405520907557339A batata (Solanum tuberosum L.) é uma hortaliça que se destaca em âmbito mundial sendo que durante o armazenamentoapresenta acentuada brotação. Objetivou-se nesse trabalho definir quais os comportamentos do inibidor de brotação 1,4-dimetilnaftaleno (DMN) comparado ao isopropil N(3-clorofenil) carbamato (CIPC), em relação ao número, comprimento e incidência das brotações, enzimas do escurecimento enzimático e ao metabolismo de carboidratos. O delineamento experimental utilizado foi o inteiramente casualizado em esquema de parcela subdividida, sendo os tratamentos: o armazenamento constou do controle, da aplicação de 1,4-DMN (20 mg.kg -1 ) e do CIPC (30 mg.kg -1 ) com quatro repetições cada e com subparcelas compostas pelo tempo de armazenamento: 0, 15, 30, 45, 60, 75, 90 e 105 dias após a aplicação. As aplicaçções foram realizadas pelo processo de fumigação nos tubérculos durante o tempo decorrido de duas horas em ambiente fechado. A partir disso realizou-se as seguintes análises: perda de massa fresca acumulada; número e comprimento de brotos; atividade das enzimas peroxidase (POD) e polifenolxidase (PPO); compostos fenólicos; incidência de brotação; amido; açúcares solúveis totais, redutores e não redutores e coloração após fritura. Os tubérculos submetidos aos tratamentos com os inibidores DMN e CIPC apresentaram menor perda de massa, número e comprimento dos brotos, teor de açúcares redutores e maior teor de amido em relação ao tratamento controle, sendo assim, esses tubérculos continham características suficientes e necessárias para o processamento de fritura mantendo a qualidade final dos palitos pré-fritos. Palavras-chave: Solanum tuberosum L.. Brotação. Processamento.Item Caracterização fisiológica do gene homólogo ao transportador mitocondrial sucinato-fumarato (SFC1) de Arabidopsis thaliana em Solanum tuberosum(Universidade Federal de Viçosa, 2012-07-20) Brito, Danielle Santos; Nesi, Adriano Nunes; http://lattes.cnpq.br/3177036222169807Este trabalho objetivou caracterizar o papel fisiológico do transportador mitocondrial de sucinato-fumarato (mSFC1) em plantas de Solanum tuberosum. Para tanto, introduziu-se no genoma da batata um cassete contendo um fragmento do gene que codifica o SFC1 em Arabidopsis thaliana (AtmSFC1), cuja expressão foi reduzida pela técnica de RNA de interferência (RNAi). Por meio da técnica de PCR em tempo real a expressão do gene StSFC1, homólogo a AtmSFC1, foi quantificada. As linhas com menor expressão foram posteriormente cultivadas em casa de vegetação para as análises de trocas gasosas, parâmetros de fluorescência da clorofila a e de crescimento, bem como análises bioquímicas. Os resultados obtidos revelaram que, apesar de as linhas transgênicas apresentarem uma maior biomassa na parte aérea, a redução na expressão de StSFC1 não proporcionou nenhuma alteração fisiológica e bioquímica significante nas variáveis analisadas em folhas. Já em tubérculos, observou-se um decréscimo significativo nos níveis de amido nas linhas transgênicas, em relação ao controle. Os resultados obtidos sugerem que o gene SFC1 em batata parece possuir uma função fisiológica minoritária em tecidos autotróficos como folhas. Entretanto, em tecidos heterotróficos, como tubérculos em desenvolvimento, a ausência do transportador leva a alterações metabólicas que podem limitar o acúmulo e/ou a síntese de amido nos amiloplastos.Item Embriogênese somática, expressão do gene SERK em Passiflora ligularis Juss. e influência da irradiância no desenvolvimento e metabolismo secundário in vitro de P. mollissima Bailey H.B.K(Universidade Federal de Viçosa, 2013-10-18) Deantonio Florido, Leidy Yibeth; Otoni, Wagner Campos; http://lattes.cnpq.br/5593846696926121O presente estudo abordou duas áreas da cultura de tecidos in vitro aplicada ao gênero Passiflora: a regeneração de plantas via embriogênese somática e a biossíntese de metabólitos secundários influenciados pela irradiância. Os objetivos do presente estudo foram estabelecer um protocolo de indução de embriogênese somática a partir de embriões zigóticos maduros caracterizando a expressão do gene SERK durante a morfogênese de Passiflora ligularis, e analisar a influência da irradiância no desenvolvimento vegetal e metabolismo secundário in vitro de Passiflora mollissima. No primeiro capítulo é apresentado um protocolo de indução de embriogênese somática a partir de embriões zigóticos para Passiflora ligularis e a caracterização da expressão do gene SERK por hibridização in situ. Embriões zigóticos maduros foram incubados em meio Murashige & Skoog (MS) suplementado com a combinação de 45,2 µM de ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D), 2,2 µM de 6-benziladenina (BA) e 2,3 µM de thidiazuron (TDZ) induzindo a formação de calos embriogênicos e embriões somáticos em estádio globular com padrões similares a outras Passifloras. O teste histoquímico de dupla coloração com carmim acético e azul de Evans confirmou a competência embriogênica do material. Amostras coletadas aos 5, 15 e 35 dias no meio de indução e 5 dias no meio de maturação foram analisadas quanto a expressão do gene SERK por hibridização in situ com sonda heteróloga de Passiflora cincinnata SERK (PcSERK ) confirmando a expressão do gene, particularmente com um sinal forte ao quinto dia no meio de maturação. Para P. ligularis as informações deste estudo constituem o primeiro relato dos eventos de indução e expressão gênica da embriogênese somática a partir de embriões zigóticos. No segundo capítulo objetivou-se avaliar a influência da irradiância no desenvolvimento vegetal e metabolismo secundário de vitroplantas de Passiflora mollissima. O experimento foi conduzido em delineamento inteiramente casualizado, os tratamentos foram constituídos de três níveis de irradiância fornecidos por lâmpadas de diodo emissor de luz (LED) e fluorescentes (LF): 2LED (33 µmol m -2 s -1 ), 4LED (57 µmol m -2 s -1 ) e 2LF (21µmol m -2 s -1 ). Observou-se influência da irradiância no crescimento e desenvolvimento das vitroplantas. O perfil fitoquímico foi realizado por meio da Cromatografia de Camada Delgada (CCD), para os extratos de folhas, caules e raízes. Encontrou-se que os níveis de irradiância estimularam a biossíntese de taninos, terpenoides, esteroides, saponinas e flavonoides. Segundo a análise histoquímica, os taninos alocam-se nas raízes de P. mollissima. A concentração de flavonoides C- glicosilados (orientina, vitexina e isovitexina) e tanino (ácido tânico) foram determinados pela Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE), sendo constatada a interação entre a irradiância e o tipo de órgão na concentração destes compostos fenólicos. A irradiância fornecida com 2LED favorece o aumento na concentração de orientina (1,50 µg g -1 ) e vitexina (6,63 µg g -1 ) nas folhas, 4LED de isovitexina na raiz (0,33 µg g -1 ), e 2LF de ácido tânico na raiz (1,99 µg g -1 ). Para P. mollissima este é o primeiro relato da influência da irradiância no metabolismo secundário, o que contribui à realização de futuros trabalhos e melhoramento dos sistemas de produção de compostos fenólicos in vitro a partir desta espécie.Item The role of 2-oxoglutarate dehydrogenase during water deficit and recovery in Arabidopsis thaliana(Universidade Federal de Viçosa, 2018-02-18) Vargas, Jonas Rafael; Nesi, Adriano Nunes; http://lattes.cnpq.br/9028236058582130To deal with periods of water limitation, plants use different mechanisms. Among them, stomatal closure and proline accumulation are the major ones during stress exposure. After stress, proline is degraded releasing glutamate in the mitochondrial matrix. The glutamate is metabolized by different metabolic pathways and may: (i) participate in nitrogen metabolism, being used for ammonia assimilation under the action of enzymes like Glutamine synthetase (GS) and Glutamine 2-oxoglutarate aminotransferase (GOGAT), (ii) being reintroduced in the tricarboxylic acid cycle (TCA cycle) as succinate via GABA shunt activity or (iii) enter the TCA cycle as 2-oxoglutarate (2-OG) when undergoing the action of the enzyme glutamate dehydrogenase. 2-OG is converted into succinyl-CoA by the action of the enzyme 2-oxoglutarate dehydrogenase (2-OGDH). In order to understand the importance of 2-OGDH during water deficit and stress release, two T-DNA insertion lines with low expression of the E1 subunit of 2-OGDH encoding gene, e1-ogdh1.1 and 1.2 were submitted to drought conditions for 22 days and then, after rewatering, three days of recovery period. This work revealed that the TCA cycle goes through downregulation in such a way that allows plants to cope with water deficit and that following recovery period its activity is reestablished. Furthermore, it was observed that the reduction in the activity of 2-OGDH did not demonstrate great impact in the metabolism during the implementation and recovery of water deficit. Keywords: abiotic stress; metabolism; proline; TCA cycle; 2-OGDH.Item Deciphering the carbon starvation response in Arabidopsis thaliana: autophagy, alternative respiration and beyond(Universidade Federal de Viçosa, 2020-11-18) Barros, Jessica Aline Sousa; Araújo, Wagner Luiz; http://lattes.cnpq.br/8783435505580467Throughout their life, plants are constantly challenged with environmental changes that compromises carbohydrate production. Energy deprivation triggers massive reprogramming of transcription, which further supports cellular energetic homeostasis. Therefore, catabolic pathways are generally activated leading to the catabolism of protein, lipid, and chlorophyll. Although our current understanding of plant mechanisms to overcome low energy conditions has significantly enhanced, there are still many open questions to be addressed. This thesis is therefore largely focused on understanding (i) the importance of autophagy as a mechanism of lipids and chloroplast recycling; and (ii) the transcriptional regulation of respiratory alternative pathways during low energy stress. Compelling evidence demonstrated that autophagy and amino acid catabolism are important factors of plant response to energy deprivation. This fact aside, the importance of autophagy on the remobilization of lipid substrates to sustain energy production remains unclear. Thus, we first summarized and discussed novel findings demonstrating the multifaceted roles of autophagy in lipid metabolism. Next, we provided experimental evidence of autophagy requirement to ensure lipid homeostasis during energy starvation conditions. Our findings revealed that autophagy disruption affects proper membrane mobilization and activates a general chloroplast lipid degradation program while failing to produce cytosolic lipid droplets. The degradation of chloroplasts is a hallmark of natural and stress-induced senescence, and a key role of autophagy in this process has been demonstrated elsewhere. Notably, the marked degradation of chloroplast components in mutants with disruption of autophagy (atg mutants) reported by several previous studies, raised the question whether other pathways of chloroplast degradation may also have a role in the remobilization of chloroplast components. It has been previously reported that the chloroplast vesiculation (CV) pathway is highly induced in atg mutants contributing with their early senescence phenotype during energy starvation. Thus, in the second part of this thesis the importance of CV and its coordination with autophagy under extended darkness was investigated. By using CV RNAi lines it was demonstrated that CV pathway plays a relatively minor role on Arabidopsis starvation response. However, further characterization of double mutants for CV and autophagy pathways highlighted the requirement of CV for chloroplast remodeling of atg mutants under darkness. Within the last chapter novel insights concerning the regulatory components that modulates plant survival under low energetic conditions are shown. To this end, the WRKY45 transcription factor was identified as a potential regulator of metabolic reprogramming, by precisely adjusting amino acid and organic acid response via a possible regulation of mitochondrial stress signaling components. Collectively, the results obtained here describe novel mechanisms underlying plant responses to low energy conditions. These findings are discussed in the context of our current knowledge concerning energetic metabolism, autophagy, and senescence in plants. Keywords: Autophagy. Energetic stress. Lipids. Metabolism. Senescence.