Desenvolvimento e produção de metabólitos de arruda (Ruta graveolens L.) exposta a substratos contaminados por hidrocarbonetos de petróleo

A indução da síntese de moléculas biologicamente ativas é conhecida como uma estratégia de defesa do organismo vegetal às condições adversas, onde plantas medicinais e/ou aromáticas são foco de pesquisa na terapêutica médica, na indústria farmacêutica, de cosméticos e de alimentos. A possibilidade de que os hidrocarbonetos de petróleo presentes no solo possam agir como agentes elicitores do metabolismo vegetal tem despertado interesse científico. O presente trabalho teve como objetivo avaliar o desenvolvimento in vivo e in vitro de Ruta graveolens L. (Rutaceae), considerando as respostas morfológicas e metabólicas na presença de petróleo e derivados. Além disso, verificar o potencial de desenvolvimento dessa espécie em áreas contaminadas, com base na hipótese de que tais substâncias podem influenciar na produção de substâncias de interesse, sem que haja redução significativa da biomassa vegetal. Foram realizados experimentos de (i) germinação in vivo em solo contaminado e parcialmente biorremediado, assim como solo com contaminação recente com óleo cru (0,8 % e 2,8 %) e diesel comercial S50 (0 % a 6,0 %), sendo que neste último foi avaliado o desenvolvimento e a produção de biomassa das plântulas; (ii) germinação in vitro em meio MS contaminado com fenantreno (1,0; 5,0 e 10,0 mg/L de meio) ou benzo[a]pireno (0,001; 0,010 e 0,100 mg/L de meio), sendo avaliado o desenvolvimento e a produção de biomassa; e (iii) resposta fisiológica de plantas oriundas do estoque in vitro à exposição de fenantreno ou benzo[a]pireno. R. graveolens teve redução significativa da germinação em solos contaminados, principalmente os solos parcialmente biorremediados pelo do processo de bioestímulo; não teve redução significativa da germinação in vivo nos solos contaminados com óleo cru, biorremediado e contaminado com diesel, porém o desenvolvimento pósgerminação foi afetado. Na exposição in vitro aos hidrocarbonetos, não houve alteração significativa na germinação nem na capacidade de desenvolvimento e produção de biomassa nas concentrações testadas de até 10 mg/L de fenantreno e até 0,1 mg/L de benzo[a]pireno. Em relação à propagação in vitro, foi possível a multiplicação de plantas em meio de cultura sem suplementação hormonal, na presença dos contaminantes. A presença de fenantreno e benzo[a]pireno in vitro não promoveu mudanças significativas nos níveis de compostos fenólicos e flavonoides totais produzidos, não havendo também alteração no perfil fitoquímico da espécie, quanto à presença de rutina. Pelo exposto, conclui-se que a espécie tem potencial para uso em biomonitoramento de solos contaminados , considerando a sua capacidade de produzir metabólitos e tolerar a presença dos hidrocarbonetos selecionados, sendo indicada ao cultivo em áreas contaminadas nos níveis investigados

Phytochelatin signal tranduction and cadmium chelation in plants

As plantas utilizam diversas estratégias de sinalização para reconhecer e responder aos stresses ambientais. A maioria das vias de transdução de sinais partilham um sinal genérico, normalmente a modulação dos níveis intracelulares de Ca2+. Esta por sua vez pode iniciar uma cascata de fosforilação proteica que finalmente afecta as proteínas directamente envolvidas na protecção celular ou culmina em factores de transcrição que vão determinar a resposta fisiológica ao stresse. A percepção destes sinais e a compreensão de como estes podem activar as respostas adaptativas são factores-chave para a tolerância das plantas a stresses abióticos. Um dos principais stresses abóticos que restrigem o crescimento das plantas é a presença de metais pesados. A produção de fitoquelatinas e a subsequente quelação dos metais é o mecanismo mais conhecido de tolerância ao stresse metálico em plantas. Fitoquelatinas (PCs) são péptidos com grupos tiol que são sintetizados através da transpeptidação da glutationa (GSH), pela acção da enzima fitoquelatina sintase (PCS). No entanto, até ao momento, as vias de sinalização que levam à síntese de fitoquelatinas e à percepção do stresse metálico são pouco compreendidas. Dentro deste contexto, o presente trabalho foi elaborado com o intuito de elucidar a via de sinalização através da qual o cádmio é detectado pelas células vegetais e induz a síntese de PCs. Quase todos, os estudos de stresses abióticos em plantas apontam para o facto de a sua sinalização se basear nos mesmos tipos de sinais moleculares, nomeadamente a sinalização por cálcio, a fosforilação proteica e a indução de espécies reactivas de oxigénio (ROS). Trabalhos recentes sugerem que a sinalização de PCs poderá envolver todos estes parâmetros. Assim, uma primeira abordagem foi efectuada para compreender a síntese de PCs na espécie Arabidopsis thaliana, através da monitorizaçção da actividade de enzimas relacionadas, a γ-EC sintetase, GSH sintetase e a PC sintase (PCS), assim como o tempo necessário para o elongamento das PCs e a sua acumulação. Seguidamente, ao longo deste processo foi analisada a expressão de sinais específicos, associados com sinais de cálcio, fosforilação proteica e sinalização por ROS. A importância destes factores na síntese de PCs foi também avaliada através do uso de moduladores farmacológicos de cálcio e fosfatases proteicas e também pela indução de stresse oxidativo. Os resultados demonstraram novos dados sobre o papel do cálcio e da fosforilação proteica na produção de PCs e na síntese de GSH, revelando que a actvidade da PCS é regulada por fosforilação e que a sinalização de cálcio pode mediar a síntese de GSH. O envolvimento da sinalização de ROS na síntese de GSH, atráves de crosstalk com a sinalização de cálcio também foi proposta. Assim, os resultados aqui apresentados descrevem uma possível via de sinalização de cádmio nas plantas e da indução de fitoquelatinas. Este trabalho poderá ser portanto muito útil na implementação de novas metodologias de agricultura sustentável e práticas de fitorremediação em solos contaminados com metais pesados.

Physiology and metabolic profile of Moringa olifera and Eucalyptus globulus plants subjected to climate changes

As alterações climáticas emergentes têm um grande impacto no crescimento e desenvolvimento de espécies florestais, nomeadamente em espécies de valor industrial e medicinal, como é o caso do eucalipto (Eucalyptus globulus) e da moringa (Moringa oleifera). Assim, é urgente conhecer as respostas fisiológicas e entender as variações que ocorrem nos perfis metabólicos de espécies vegetais. Neste trabalho, plantas jovens de Eucalyptus globulus foram expostas a radiação UVB (12kJ/m2) e foram avaliadas as respostas fisiológicas e o perfil metabólico, um e onze dias após a aplicação da radiação. A dose de UVB usada não afetou as reações fotoquímicas nem as trocas gasosas, contudo ao nível do metabolismo do carbono (AST e amido) e do conteúdo de pigmentos verificaram-se pequenas alterações (AST e pigmentos). Através da análise do perfil metabólico de E. globulus foram encontrados compostos voláteis e semi-voláteis pertencentes às famílias dos terpenos, sesquiterpenos e aldeídos. Em geral, os sesquiterpenos e os álcoois monoterpénicos apresentaram uma tendência para manter e, em alguns casos, diminuir com o stress, enquanto que o grupos dos aldeídos aumentou e os monoterpenos apresentaram um comportamento mais heterogéneo. O E. globulus mostrou ser uma espécie tolerante à aplicação da dose de UVB usada neste trabalho. Por outro lado, plantas jovens de M. oleifera foram expostas a défice hídrico (DH). Um grupo de plantas foi recolhido um dia após o final da exposição e o outro grupo após onze dias do final da exposição. Foi avaliado o perfil metabólico desta espécie através de GC/MS. Os dados cromatográficos indicaram que em condições de stress (DH(1) e DH(11)), as quantidades de compostos associados a vias primárias e secundárias de defesa (como os alcanos, álcoois, ácidos carboxílicos, esteróis, aminoácidos e açucares) sofreram algumas alterações. As plantas analisadas 11 dias após a remoção do stress mostraram maiores variações do perfil de metabolitos. No entanto, tanto um como onze dias após a remoção do stress, as plantas apresentaram a formação de novos rebentos. Apesar do perfil de metabolitos ter sofrido algumas alterações, por não se registarem casos de morte, conclui-se que as plantas de moringa mostraram ser tolerantes aos tratamentos aplicados.

Ação citoprotetora do óxido nítrico na germinação de arroz (Oryza sativa L.) e soja (Glycine max (L.)Merril)submetidas a estresse de alumínio

Pós-graduação em Ciências Biológicas (Botânica) - IBB

A interação ecofisiológica planta-ambiente: o papel da aclimatação fotossintética na resposta a fatores ambientais em espécies arbóreas

Pós-graduação em Ciências Biológicas (Biologia Vegetal) - IBRC

Avaliações fisiológicas de sorgo sacarino inoculado com Azospirillum brasilense em função da adubação nitrogenada e reguladores vegetais

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Filogenia molecular das enzimas isocitrato liase e malato sintase e sua evolução em Viridiplanta

The plant metabolism consists of a complex network of physical and chemical events resulting in photosynthesis, respiration, synthesis and degradation of organic compounds. This is only possible due to the different kinds of responses to many environmental variations that a plant could be subject through evolution, leading also to conquering new surroundings. The glyoxylate cycle is a metabolic pathway found in glyoxysomes plant, which has unique role in the seedling establishment. Considered as a variation of the citric acid cycle, it uses an acetyl coenzyme A molecule, derived from lipids beta-oxidation to synthesize compounds which are used in carbohydrate synthesis. The Malate synthase (MLS) and Isocitrate lyase (ICL) enzyme of this cycle are unique and essential in regulating the biosynthesis of carbohydrates. Because of the absence of decarboxylation steps as rate-limiting steps, detailed studies of molecular phylogeny and evolution of these proteins enables the elucidation of the effects of this route presence in the evolutionary processes involved in their distribution across the genome from different plant species. Therefore, the aim of this study was to establish a relationship between the molecular evolution of the characteristics of enzymes from the glyoxylate cycle (isocitrate lyase and malate synthase) and their molecular phylogeny, among green plants (Viridiplantae). For this, amino acid and nucleotide sequences were used, from online repositories as UniProt and Genbank. Sequences were aligned and then subjected to an analysis of the best-fit substitution models. The phylogeny was rebuilt by distance methods (neighbor-joining) and discrete methods (maximum likelihood, maximum parsimony and Bayesian analysis). The identification of structural patterns in the evolution of the enzymes was made through homology modeling and structure prediction from protein sequences. Based on comparative analyzes of in silico models and from the results of phylogenetic inferences, both enzymes show significant structure conservation and their topologies in agreement with two processes of selection and specialization of the genes. Thus, confirming the relevance of new studies to elucidate the plant metabolism from an evolutionary perspective

Aplicación biotecnológica de bacterias rizosféricas: elicitación de sistemas defensivos sistémicos en relación con la producción de compuestos con interés farmacológico y alimentario

Esta memoria se basa en la hipótesis del papel fundamental que el sistema microbiano asociado al sistema radical de las plantas tiene sobre el metabolismo vegetal y las consiguientes aplicaciones de los productos derivados del mismo. El sistema rizosférico microbiano, el microbioma rizosférico cumple un papel fundamental para que la planta consiga mejorar sus capacidades de adaptación a un ambiente cambiante. En el capítulo 2 se exponen de manera enlazadas hipótesis sucesivas que pretenden evidenciar el potencial de aplicación de las bacterias asociadas a la planta y los distintos enfoques de aplicación biotecnológicos. En primer lugar, se plantea el uso de la rizosfera como fuente de microorganismos especialmente adaptados a la interacción del sistema planta/microorganismos. Un sistema en el que la presión selectiva definida por la planta condiciona el tipo de microorganismos, su diversidad y en definitiva la estructura de las comunidades microbianas que se desarrollan en este ecosistema. Sobre la hipótesis de la capacidad de selección de microorganismos por la planta, primero se busca una planta que aporte una serie de factores de presiónselección. La planta se elige en base a criterios filogenéticos y metabólicos (metabolismo secundario muy activo). Nicotiana glauca, es una Solanacea, de la misma familia que especies con gran interés alimentario, como el tomate, Solanum lycopersicum, la patata, Solanum tuberosum o el pimiento, Capsicum annum. Se selecciona esta planta como sujeto de muestreo rizosférico, en busca de un microbioma cultivable y con aplicaciones por sus aportaciones beneficiosas en la interacción. A continuación, sobre las casi mil cepas aisladas de la rizosfera, a lo largo de dos años, en tres suelos de características muy diferentes, se realiza un ensayo previo de actividades con potencial para incidir favorablemente sobre la salud de la planta. Las cepas se seleccionan sobre la base de un screening a gran escala en el que se intenta absorber la máxima variabilidad genética de los microorganismos que se desarrollan en el sistema rizosférico de Nicotiana glauca y pasan a estudiarse por su capacidad para inducir resistencia sistémica y efectos sobre el crecimiento en plantas de tomate, especie elegida como modelo de trabajo...

METABOLISMO do NITROGÊNIO ASSOCIADO À DEFICIÊNCIA HÍDRICA E SUA RECUPERAÇÃO em GENÓTIPOS DE MILHO

O estresse hídrico afeta profundamente o metabolismo celular vegetal. Neste trabalho, objetivou-se quantificar os efeitos da deficiência hídrica e sua recuperação sobre a atividade das enzimas do metabolismo do nitrogênio: redutase do nitrato (RN), glutamina sintetase (GS) e glutamato sintase (GOGAT) e sobre o acúmulo de prolina em plantas dos genótipos de milho BR 2121 e BR 205. O experimento foi conduzido em casa de vegetação, sob o delineamento inteiramente casualizado, com quatro repetições, utilizando-se vasos que continham 14,3kg de solo. Os tratamentos consistiram da combinação dos dois genótipos e quatro intervalos entre irrigações (1, 3, 5 e 7 dias). No dia da avaliação (49 dias após emergência), os tratamentos com intervalos entre 3 e 7 dias, haviam sido irrigados no dia anterior, caracterizando-se portanto como recuperação da deficiência hídrica leve e severa, respectivamente. As extrações e análises foram realizadas utilizando-se a terceira folha basípeta completamente expandida. As atividades das enzimas estudadas não diferiram entre os tratamentos de estresse hídrico, controle e recuperação do estresse moderado, entretanto as plantas sob recuperação do estresse severo apresentaram atividade enzimática superior à das plantas controle. O acúmulo de prolina livre nas folhas aumentou com o estresse hídrico e respondeu à recuperação do estresse apresentando redução. de modo geral, a atividade enzimática e o acúmulo de prolina apresentaram respostas inversas dentro dos tratamentos.

Identificação de SNPs (Single Nucleiotide Polymorphisms) no gene colina monooxigenase relacionado ao metabolismo da glicina betaína em Eucalyptus

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Influência da fonte e do dreno de fotoassimilados no metabolismo glicídico de plantas de milho

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Efeito de diferentes relações folha/grãos sobre o metabolismo do nitrogênio em diferentes partes da planta de milho

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Fenologia e mistura de reguladores vegetais e de fertilizante foliar no metabolismo da videira cv. sweet sunshine em clima semiárido

Pós-graduação em Agronomia (Horticultura) - FCA

Aplicação de regulador vegetal e poda nas relações fisiológicas na produção do tomateiro

Pós-graduação em Agronomia (Horticultura) - FCA

Como o aluminío influencia o metabolismo e o crescimento da raiz de Citrus limonia?

O alumínio (Al) em solos ácidos encontra-se na forma Al3+, sendo considerado tóxico às plantas de interesse agronômico, como o limoeiro Cravo (Citrus limonia), afetando principalmente seu crescimento radicular . O presente estudo avaliou como o Al influencia as raízes de C. limonia, visando correlacionar a concentração endógenea de IAA, a expressão dos genes SAUR X10A e SAUR 15A e a inibição do crescimento radicular. As plantas foram submetidas à hidroponia em diferentes concentrações de Al na solução nutritiva (0, 370 μM, 740 μM, 1110 μM, e 1480), tendo seu crescimento avaliado semanalmente em um período de dois meses. Além disso, as soluções contrastantes tiveram a expressão gênica e a concentração endógenea de IAA avaliados utilizando qRT-PCR e GC-MS, respectivamente. O tratamento com Al inibiu o crescimento radicular das plantas, além de alterar a concentração de IAA nas raízes (apresentou-se algumas vezes maior nas primeiras semanas em relação ao controle, havendo um decaimento e igualação na concentração hormonal de ambos os tratamentos) e inibir a expressão dos genes SAUR. A inibição do crescimento radicular pode ser atribuida à uma mudança de padrão e acumulação do ácido indol-acético (IAA) no ápice da raiz, provocada pela alteração na distribuição das proteínas de transporte. Concomitantemente, proteínas da família SAUR (small auxin-up RNA) têm suas expressões gênicas induzidas em presença de IAA e estão relacionadas à acidificação do apoplasto: a queda na atividade da H+-ATPase provoca a altereção do pH nesta região prejudicando a alongação da célula via crescimento ácido. Embora haja uma mesma quantidade de IAA na raiz, os genes SAUR são reprimidos na condição de estresse pelo Al, indicando que a inibição do crescimento radicular em C. limonia deve ocorrer em resposta a um conjunto de fatores