Eficiencia en la adquisición de fósforo en cultivos de soja, girasol y maíz

Los cultivos de soja, girasol y maíz difieren en los umbrales críticos de fósforo (P), lo cual sugiere que poseen diferente eficiencia fosfatada. Un mejor conocimiento de los mecanismos de la eficiencia fosfatada es agronómicamente significativo para avanzar en el diseño de esquemas de manejo que permitan incrementar la eficiencia del P y reducir el requerimiento de fertilizantes. La eficiencia fosforada se define como la habilidad de la planta para adquirir P y/o utilizarlo en la producción de biomasa. El objetivo general de esta tesis fue realizar un análisis comparativo de la eficiencia fosfatada de los cultivos de soja, girasol y maíz. Se realizaron experimentos a campo y en invernáculo con plantas creciendo bajo diferentes niveles de P disponible. Primero se comparó la habilidad de estos cultivos para adquirir y utilizar P y se evaluaron algunas características radicales que determinan la eficiencia fosfatada. Mientras soja y girasol mostraron una alta eficiencia de adquisición de P, el maíz fue más eficiente en su utilización. Se observó que soja y girasol, por su morfología y arquitectura radical, son capaces de absorber más P por unidad de C invertido en biomasa radical. En segundo lugar se evaluó la generación de porosidad radical y su efecto sobre la eficiencia de adquisición de P. Aunque la deficiencia fosfatada indujo la formación de porosidad en las tres especies, esta respuesta fue mayor en soja. La presencia de esta mayor porosidad en soja contribuyó a que sea más eficiente que girasol y maíz en absorber P. Finalmente se evaluó el impacto de la micorrización sobre la eficiencia fosfatada. En soja micorrizada, el incremento en la eficiencia fosfatada fue intensificado bajo condiciones deficientes en P. Por el contrario, la mayor eficiencia de adquisición del girasol no estuvo asociada a las micorrizas sino a su morfología radical (raíces más finas). El relevamiento de la colonización micorrícica nativa en suelos de la Región Pampeana demostró que las micorrizas están muy presentes en estos sistemas. En soja, el incremento de la colonización ocurre justo en el punto donde el P edáfico se vuelve limitante para el crecimiento del cultivo. En esta tesis se identificaron características radicales que permiten incrementar la eficiencia de adquisición de P en soja y girasol, y que ayudan a explicar los diferentes requerimientos externos de P de estos cultivos con el maíz.

Características y mecanismos funcionales involucrados en la ecofisiología de Flourensia campestris Y Flourensia oolepis (Asteraceae)

Flourensia campestris (FC) y F. oolepis (FO), son arbustos nativos que crecen en zonas áridas de Córdoba, formando comunidades ('chilcales') de alto valor ecológico en estos ecosistemas. Estos ambientes se hallan expuestos a diversos factores de estrés abiótico a los que las plantas se han adaptado. Esta tesis se centró en dilucidar adaptaciones morfológicas y funcionales claves que les permitan a estas especies crecer y persistir en su ambiente natural. Los estudios arquitecturales, y exo- y endomorfológicos demostraron que ambas especies comparten características xeromórficas, lo cual les confiere ventajas adaptativas. Asimismo, la presencia de Micorrizas Arbusculares (MA) y Septados Oscuros (DSE) podría aumentar la competitividad de estas especies. FC y FO mostraron plasticidad en relación a su respuesta frente a variaciones en las condiciones ambientales entre ciclos de crecimiento. Las relaciones entre la biomasa total producida por cada tipo de módulo (vegetativo y reproductivo) y la biomasa en hojas resultó positiva y significativa. El número de hojas, y el número y tamaño de las semillas fueron las variables más afectadas. La germinación está controlada por la temperatura, y la viabilidad de las semillas se relacionó con las condiciones ambientales en las que se produjeron. La viabilidad se mantuvo relativamente constante durante un año, disminuyendo luego en forma abrupta, lo cual sugiere que a campo el banco de semillas dependería de los aportes continuos de la reproducción sexual. Los extractos acuosos de hojas de FC poseen un potente efecto inhibitorio sobre la germinación y el crecimiento de Lactuca sativa, mientras que los de FO sólo afectaron el crecimiento de tallo y raíz. Mediante fraccionamiento cromatográfico bio-guiado y técnicas espectrales se aisló e identificó el (-) -ácido hamanásico A ((-) AHA), como el principal metabolito responsable del efecto fitotóxico, siendo este trabajo el primero en reportar la actividad fitotóxica de (-) AHA y su presencia en FC. En FO el (-) AHA se encuentra en muy bajas concentraciones. En ambas especies, las características descriptas, les otorgarían ventajas adaptativas para su supervivencia, aumentando la competitividad en las comunidades de las que forman parte.

Fisiología del fruto de kiwi (Actinidia deliciosa) durante su desarrollo y ablandamiento : expresión de genes asociados y su modulación por etileno y 1-metilciclopropeno

A fin de investigar el efecto fisiológico del etileno y del 1-metilciclopropeno en el progreso del ablandamiento del kiwi, se trató los frutos con esos reguladores inmediatamente después de la cosecha, o con 1-metilciclopropeno en diferentes estadios de la maduración después de 40, 80 o 120 d de almacenamiento refrigerado (0ºC). El tratamiento con etileno inmediatamente después de la cosecha estimuló el ablandamiento de la pulpa, incrementó y adelantó el pico de producción de etileno y la expresión de los genes KWACS1 y KWACO1 involucrados en la biosíntesis del etileno. En cambio, el tratamiento con 1-metilciclopropeno en el mismo estadio retrasó marcadamente el ablandamiento e inhibió la producción de etileno. Los incrementos en la abundancia de transcriptos de KWACS1 y KWACO1 fueron bloqueados por el tratamiento con 1-metilciclopropeno, indicando que estos genes son regulados positivamente por el etileno. Los kiwis almacenados en frío (0 ºC) por 40, 80 o 120 d y luego tratados con 1-metilciclopropeno antes de su retorno a 20 ºC para su maduración ulterior mostraron una tasa reducida de ablandamiento de la pulpa y un estadio de madurez de consumo extendido. Estos resultados indican claramente que la aplicación de 1-metilciclopropeno puede jugar un papel significativo en el inicio y en el progreso del ablandamiento del kiwi. El 1-metilciclopropeno inhibió o restringió severamente la producción autocatalítica de etileno en cualquier estado de maduración. La transcripción de los genes KWACS1 y KWACO1 resulto inhibida por el tratamiento con 1-metilciclopropeno después de 40 y 80 d de almacenamiento en frío, sugiriendo que existe una regulación por retroalimentación positiva para la producción de etileno, incluso después del almacenamiento refrigerado. Para investigar los niveles de expresión de genes relacionados con la pared celular durante la ontogenia del kiwi y en respuesta a la aplicación de etileno y de 1-metilciclopropeno, se obtuvo una secuencia completa de cDNA a la cual se denominó AdGAL1, determinándose por análisis bioinformático que es un homólogo de ß-D-galactosidasa de kiwi. El producto deducido de la traducción de AdGAL1 consta de 728 aminoacidos de longitud mientras que laproteina madura posee una masa molecular predicha de 81,12 kDa y un pI teorico de 7,5. Se efectuaron reacciones de RT-PCR semicuantitativas para evaluar la expresión de AdGAL1 y de una serie de secuencias de ADN. Los transcriptos que hibridizan con AdGAL1 resultaron apenas detectables durante el crecimiento del fruto pero se observaron tanto en mesocarpo externo como en columela al comienzo del ablandamiento del fruto (Fase IV, Estadio 1), y durante el ablandamiento tardío (Estadio 3) sugiriendo su injerencia en las grandes pérdidas de galactosa de la pared celular durante el ablandamiento del kiwi. La abundancia de transcriptos que hibridizan con AdARF1 y AdARF/XYL (codificantes de alfa-L-arabinofuranosidasa y de alfa-L-arabinofuranosidasa/ß-D-xilosidasa putativas) permaneció relativamente constante a traves de todo el crecimiento y la maduración(...)

Precauciones, fallas y posibles correcciones de machos ovinos a reproducción

p.99-104

Tolerancia a la inundación de especies gramíneas forrajeras megatérmicas : bases ecofisiológicas relacionadas con su instalación y producción

La inundación es un factor importante que afecta la implantación y producción de especies forrajeras en ecosistemas de pastizales anegables. Chloris gayana K. y Panicum coloratum L. son dos gramíneas tropicales cuyo uso como forrajera en ambientes templados se ha incrementado recientemente. En esta tesis se realizaron dos experimentos para evaluar la tolerancia de estas especies a eventos de inundación en los estadíos de plántula (implantación, Exp. 1)y de planta adulta (producción, Exp. 2). En el primer experimento plántulas de dos semanas de ambas especies fueron sometidas a tratamientos i)control, ii)sumersión parcial (SP)y iii)sumersión completa (SC)por 14 días, seguidos de un período de recuperación de 12 días. Ambas especies presentaron aerénquima constitutivo en sus raíces, que aumentó considerablemente bajo tratamientos de sumersión. La altura de plántulas sólo difirió de los controles en SC: C. gayana aumentó su altura rápidamente emergiendo del agua mientras P. coloratum no creció, manteniéndose siempre bajo el agua. La respuesta de "escape. exhibida por C. gayana se asoció a una asignación preferencial de biomasa hacia la parte aérea y un marcado alargamiento de las láminas foliares. P. coloratum no mostró cambios en la asignación de biomasa y sus hojas fueron más pequeñas. La biomasa final de C. gayana fue similar bajo SP y SC; mientras que P. coloratum redujo notablemente la biomasa bajo SC incluso al final del experimento, indicando que los daños provocados fueron persistentes. Así, C. gayana parece ser más prometedora para su implantación en pastizales propensos a inundaciones de mayor intensidad. En el segundo experimento se evaluó tolerancia a inundación de plantas adultas en diferentes momentos del ciclo de crecimiento (inundación invernal durante el reposo vegetativo vs. inundación primaveral durante el rebrote). Plantas de 10 meses (mayor a 30 cm altura)fueron sujetas a tratamientos (i)control (ii)inundación invernal por 50 días durante el reposo vegetativo (I), (iii)inundación primaveral por 20 días durante el rebrote (P)y (iv)inundación continua por 70 días (I+P). Luego, se dejaron crecer las plantas por 30 días para evaluar su recuperación. La inundación durante el invierno provocó una reducción del 43-57 por ciento en la biomasa aérea y radical de C. gayana; mientras que P. coloratum no fue afectado. C. gayana mostró una leve mejor tolerancia a la inundación primaveral en comparación a P. coloratum mientras que cuando fue inundada en ambos períodos se detectaron efectos aditivos depresores sobre su biomasa, efecto que en P. coloratum no fue registrado. Al final del período de recuperación las plantas de ambas especies lograron recuperarse completamente, alcanzando una biomasa equivalente a los controles independientemente del tratamiento previo de inundación. Estos resultados sugieren que ambas especies son tolerantes a la inundación en fase adulta, con un compromiso en la reducción de biomasa que no supera el 30 por ciento. Se concluye que ambas especies resultan promisorias para su introducción en los pastizales anegables de la Pampa Deprimida, destacándose C. gayana para sitios donde la intensidad de inundación puede comprometer la sumersión completa en las primeras fases del establecimiento de las plantas.

Los componentes fisiológicos del rendimiento en la soja

p.97-107

SHORT-TERM EFFECTS OF SALINITY ON SOME PHYSIOLOGICAL PARAMETERS OF YOUNG OLIVE TREES OF ARBEQUINA, COBRANÇOSA AND GALEGA VARIETIES

SHORT-TERM EFFECTS OF SALINITY ON SOME PHYSIOLOGICAL PARAMETERS OF YOUNG OLIVE TREES OF ARBEQUINA, COBRANÇOSA AND GALEGA VARIETIES Ana Elisa Rato1,4, Renato Coelho1, Margarida Vaz1, Teresa Carola2, Dália Barbosa2, Nádia Silva1, José dos Santos2, Lourenço Machado2, João Godinho2, Luzia Ruas2, Margarida Barradas2, Hernani Pereira2, Sara Porfírio4 1 ICAAM, Universidade de Évora, Apartado 94, 7002-554 Évora, Portugal 2 Master students, Universidade de Évora, Apartado 94, 7002-554 Évora, Portugal 3 Ph.D. student, Universidade de Évora, Apartado 94, 7002-554 Évora, Portugal 4 aerato@uevora.pt Due to the desertification in some regions, the interest in plant’s tolerance to salinity has been increasing, as this response is determining for plant survival in stress conditions. This work reports the investigation of tolerance to salt in two year-old olive trees (Olea europaea L.) of three varieties, Arbequina, Cobrançosa and Galega vulgar. Plants were grown in 10 L plastic pots containing approximately 9 Kg of a sandy granitic soil, on a greenhouse. For 3 months (from the beginning of February to the end of April 2012), they were subjected to three levels of salinity in the irrigation water, 0 mM, 80 mM and 200 mM NaCl (6 plants per salinity level in a total of 18 plants of each variety),. Stomatal conductance (gs) and relative leaf chlorophyll content were assessed on each plant in February, March and April. Mid-day leaf water potential () and soil salinity were measured at the end of the experiment (April). On average, concerning all treatments and dates of determination, stomatal conductance of Arbequina and Galega vulgar was quite similar, around 40 mmol m-2 s-1, but Cobrançosa had a value of gs 36% higher, almost 50% higher (61 mmol m-2 s-1) when compared with the controls (0 mM salt) of the other two varieties. In percentage of controls, there was little difference in gs between varieties and between salinities during February and March. In contrast, in April, after about 90 days of exposure to salt, there was a clear decrease in gs with salt irrigation, proportional to salt concentration. Compared with controls, plants irrigated with 200 mM salt showed around 80% (Arbequina) or 85% (Cobrançosa and Galega vulgar) decrease in gs. Chlorophyll content of leaves showed less than 5% difference between varieties on the average of all treatments and dates of determination. During the course of this experiment, the salinity levels used did not show any relevant effect on chlorophyll content. Overall, at the end of the experimental period (April), leaf water potential () at midday was significantly higher in Cobrançosa (-1,4 MPa) than in Galega vulgar (-1,7 MPa) or Arbequina (-1,8 MPa), and salt decreased  of control plants (-1,25 MPa) by an average 30% (with 80 mM) and 65% (with 200 mM). At the end of the experiment, salinity in the soil irrigated with 0 mM, 80 mM or 200 mM NaCl was, on average of all varieties, 0,2 mS, 1,0 mS or 2,0 mS, respectively. Soil salinity was quite similar in Arbequina and Galega vulgar but about 35% lower in the pots of Cobrançosa, on average of all salt-irrigation levels. Plants of Cobrançosa had higher stomatal conductance, however they showed higher water potential and lower salinity in the soil. These apparently contradictory results seem to suggest that Cobrançosa responds to salt differently from the other two varieties. This issue needs further investigation.

Salinity-induced effects on transpiration rate, stomatal conductance and leaf area of three olive (Olea europaea L.) varieties

Transpiration of two year-old olive trees of three different varieties, Arbequina, Cobrançosa and Galega (18 trees per variety), irrigated with three levels of salt (0, 80 or 200 mM NaCl) for about 90 days, was measured by a gravimetric method. To determine leaf area, each tree was photographed from the side against a white background and the total area of each projected image was determined with ImageJ software. To calibrate these area determinations, one tree of each variety was subsequently stripped of all its leaves and its total leaf area was accurately measured. A correlation was then obtained between the area on the photograph of this particular tree and the total area of the detached leaves of the same tree. Using the leaf area determined by this procedure, transpiration rates of the trees could be calculated. Knowing leaf and air temperatures and RH, it was possible to determine the difference in molar fraction of water between the leaf and the air. Using this and the values of the transpiration rate, stomatal conductance could be calculated (gs calc) and compared with the conductance measured on the same trees with a porometer (gs). Actual leaf area of a plant was 1,40 (Arbequina), 1,42 (Cobrançosa) or 1,24 (Galega) times the area measured with ImageJ on the photograph of the same plant. Leaf area of the trees, on average of all salt irrigations, was significantly higher on Arbequina (0,187 m2) then on the other two varieties (0,138 m2 or 0,148 m2, for Cobrançosa or Galega, respectively), but did not differ significantly in percentage of controls (0 salt). On average of all three varieties, leaf area was also higher on plants irrigated without salt (0,181 m2) than on plants exposed to 80 or 200 mM NaCl (0,152 m2 or 0,140 m2, respectively), which did not differ between them. The same significant difference was observed when leaf area was expressed as percentage of controls. Transpiration rate was significantly higher on Cobrançosa (1,17 mmol m-2 s-1), on average of all treatments, but there were no significant differences between Arbequina (1,08 mmol m-2 s-1) and Galega (0,82 mmol m-2 s-1). In percentage of controls, there were no significant differences between varieties. Salt reduced significantly the transpiration rate in all varieties, both the actual and percentual values, to about 50% or 30% of controls when exposed to 80 mM or 200 mM NaCl, respectively. Stomatal conductance (gs), assessed by porometry, was significantly higher in control plants, mainly in Cobrançosa (102 mmol m-2 s-1), then in Arbequina (77 mmol m-2 s-1) and the lower values were found in Galega (51 mmol m-2 s-1). Salt reduced gs, on average of the three varieties to 30% or 10% of controls on exposure to 80 mM or 200 mM NaCl, respectively. Calculated (gs calc) and measured (gs) values of stomatal conductance showed a close relation between them (0,967, R2 = 0,837) which indicates this non-destructive method to determine whole-plant leaf area to be reasonably accurate.

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.

Adaptation of Cladocerans in metal-polluted heterogeneous environments

No presente trabalho o cladócero Daphnia longispina foi utilizado como organismo modelo para a avaliação dos efeitos ecológicos da adaptação a ambientes contaminados por metais. Foram amostradas populações naturais de D. longispina num local sujeito à contaminação por metais e num local próximo, de referência, ambos localizados no sistema aquático na área envolvente à mina abandonada de São Domingos. Várias linhagens clonais de ambas as populações foram mantidas em laboratório, sob condições controladas, para a execução dos testes. Um dos testes realizados permitiu estudar e quantificar as diferenças na tolerância letal entre as linhagens clonadas de ambas as populações e também avaliar os custos associados. Utilizando vinte linhagens clonais de D. longispina das duas populações verificou-se que apenas clones sensíveis ao cobre estavam presentes na população de referência e clones resistentes ao cobre estavam presentes na população do local contaminado. Os custos associados à tolerância foram ilustrados pela determinação de taxas alimentares mais baixas para a população tolerante quando comparadas com as da população de referência. Outro dos testes realizados permitiu comparar as respostas de clones de populações de ambos os locais – contaminado e referência – à exposição a concentrações sub-letais do metal cobre. A tolerância evidenciada anteriormente ao nível letal foi confirmada ao nível sub-letal, com o clone proveniente da população do local contaminado evidenciando uma maior tolerância ao cobre quando comparado com os restantes clones, para todos os parâmetros analisados (taxas alimentares, consumo de oxigénio, crescimento e reprodução). Os efeitos da aclimatação ao cobre ao longo de várias gerações foram também avaliados num clone de D. longispina. Os resultados evidenciaram a existência de uma adaptação fisiológica ao cobre ao longo das várias gerações que, no entanto, apenas aumentou marginalmente a tolerância a níveis de cobre letais. Para além disso, observou-se também uma grande variação nas respostas do clone de D. longispina estudado, não só entre concentrações de cobre mas também entre gerações. Os resultados obtidos nos vários estudos realizados com linhagens clonais de ambas as populações de D. longispina reforçam a importância de integrar a temática do desenvolvimento de tolerância à poluição aquando da avaliação dos riscos ambientais e ecológicos de compostos químicos, como os metais, no meio ambiente.

Aluminium toxicity in wheat and rye

Com o presente trabalho pretendeu-se determinar e compreender melhor quais os alvos do Alumínio (Al) nas plantas, e contribuir para um melhor entendimento dos mecanismos de tolerância presentes em genótipos com elevado grau de tolerância ao Al. O Al é um dos maiores constituintes do solo e torna-se biodisponível em solos com baixo pH. Nesses casos, a exposição ao Al afecta negativamente o crescimento das plantas conduzindo a uma diminuição da produção. Estes factos são especialmente visíveis nos cereais, sendo a exposição ao Al uma das principais causas das quebras de produção nestas espécies. O Capítulo I consiste numa revisão geral sobre a toxicidade do Al nas plantas, apontando os seus principais alvos. Apresenta também os mecanismos de resistência, que inclui Al-destoxificação externa e interna, em diferentes espécies. O Capítulo II aborda os estudos sobre a exposição de curto prazo ao Al em duas espécies de cereais: Triticum aestivum L. e Secale cereale L., tendo-se sempre utilizado um genótipo Al-tolerante e um Al-sensível para cada espécie. Este capítulo está dividido em três estudos: no Capítulo II.1 realça-se o efeito da exposição a 185 μM de Al no equilíbrio nutricional em trigo. Verificou-se que em ambos os genótipos (sensível e tolerante) o perfil de macro e micro nutrientes se alterou, tendo uma interferência negativa, sobretudo no nível de P, Mg e K. Além disso, registaram-se diferenças na diferenciação da endoderme consoante o grau de tolerância/sensibilidade do genótipo. No Capítulo II.2 apresenta-se uma visão mais abrangente dos efeitos da exposição a 185 μM de Al em trigo, incluindo parâmetros fisiológicos, estruturais, citológicos e genotóxicos. Demonstra-se, pela primeira vez, que a progressão do ciclo celular é diferentemente regulada, dependendo da tolerância/sensibilidade do genótipo e que, mesmo em zonas já diferenciadas da raiz a exposição ao Al leva à deposição de calose. O Capítulo II.3 aborda os efeitos da exposição de 1.1 mM de Al em centeio, numa perspectiva bastante alargada. Apresenta-se o desequilíbrio nutricional, sobretudo no genótipo sensível, assim como a translocação de Al para a parte aérea nesse mesmo genótipo. Analisa-se também o comportamento de ambos os genótipos no que se refere ao ciclo celular, diferenciação da endoderme, crescimento radicular, reservas de hidratos de carbono, entre outros. Os resultados apontam para estratégias bem definidas adoptadas pelo genótipo tolerante de forma a minimizar a acção do Al no sistema radicular. O Capítulo III compreende a exposição longa ao Al. Dois genótipos de centeio com diferentes graus de tolerância ao Al foram expostos a 1.11 mM e 1.85 mM de Al durante 21 dias, tendo sido usados dois pontos de amostragem (15 e 21 dias). Este capítulo está dividido em dois estudos: No Capítulo III. 1 analisamse os mecanismos antioxidantes (folhas e raízes) como resposta à exposição ao Al, dando-se especial atenção ao ciclo do ascorbato-glutationas. A exposição ao Al levou a stress oxidativo e a alterações na actividade de enzimas antioxidantes e no conteúdo de antioxidantes não-enzimáticos. Demonstra-se que os dois órgãos apresentam respostas diferentes à exposição ao Al e que a capacidade de sobreviver em ambientes ricos em Al depende da eficácia da resposta antioxidante. Para além disso, a resposta do ciclo ascorbato-glutationas parece estar dependente do tipo de órgão, grau de tolerância e do tempo de exposição ao Al. No Capítulo III. 2 analisam-se os efeitos da exposição ao Al na fotossíntese. Verificou-se que o Al afecta negativamente a taxa fotossintética em ambos os genótipos, embora as alterações que o Al provoca nas trocas gasosas e no Ciclo de Calvin sejam dependentes do genótipo. Verificou-se também que os danos no genótipo sensível surgem mais cedo do que no genótipo tolerante, mas que ambos apresentam susceptibilidade ao Al após exposição de longo termo. Por fim, no Capítulo IV são apresentadas as conclusões da Tese de Doutoramento.

Characterization of PPP1 interacting proteins in male reproduction

A fosforilação reversível de proteínas é um importante mecanismo de controlo em eucariotas. A fosfoproteína fosfatase 1 (PPP1) é uma fosfatase de serina/treonina envolvida em vários processos celulares. Existem três isoformas da subunidade catalítica (α/CA, δ/β/CB e γ/CC) com pequenas diferenças nos terminais amino e carboxílico. O gene PPP1CC sofre ainda splicing alternativo para produzir duas isoformas, a PPP1CC1 ubíqua e a PPP1CC2 enriquecida em testículo e específica de esperma. A localização e especificidade de substratos da PPP1 está dependente da formação de complexos oligoméricos com proteínas que interagem com a PPP1 (PIPs). O objetivo principal desta tese foi estudar novas PIPs, específicas de testículo e esperma, a fim de melhor caracterizar o papel desta fosfatase e dos respetivos complexos na reprodução em mamíferos. Com este fim, estudou-se a presença, localização e possíveis funções de uma PIP previamente conhecida, PPP1R2, e de duas novas PIPs, PPP1R2P3 e Tctex1d4. PPP1R2 e PPP1R2P3 estão presentes em esperma humano colocalizando com a PPP1CC2, na cabeça e na cauda. A hipótese é que as holoenzimas localizadas na cabeça terão um papel na reação acrossómica, enquanto que as holoenzimas presentes no axonema são relevantes para o controlo da motilidade flagelar. De seguida foram estudados os pseudogenes da PPP1R2, em termos de história evolutiva e de possíveis funções. Na espécie humana, a PPP1R2 tem 10 pseudogenes, 7 deles específicos de primatas. Estudos de bioinformática e dados de expressão mostram que os PPP1R2P1/P3/P9 são os pseudogenes com maior probabilidade de serem transcritos e traduzidos. Também identificámos o PPP1R2P9 em esperma humano e mostrámos que alguns pseudogenes poderão estar associados a estados fisiopatológicos. Isto indica que o processo de evolução poderá estar ligado á formação de novos genes ou ao controlo do mRNA da PPP1R2. A sobre-expressão da PPP1R2 ou PPP1R2P3 em testículo de ratinho também foi realizada, para caracterizar os mecanismos envolvidas na função dos complexos PPP1R2/PPP1R2P3-PPP1CC2 na espermatogénese e fisiologia dos espermatozoides. A dineína de cadeia leve, Tctex1d4, foi encontrada como interagindo com a PPP1C e como estando presente em testículo de ratinho e em esperma humano. Demonstrámos que a Tctex1d4 e a PPP1 colocalizam no centro organizador de microtúbulos e nos microtúbulos e que o motivo de ligação à PPP1 presente na Tctex1d4 parece ser importante para manter a PPP1 no centro organizador de microtúbulos e/ou para disromper ou atrasar o seu movimento ao longo dos microtúbulos emergentes. Estes resultados abrem novos caminhos para os possíveis papéis do complexo Tctex1d4-PPP1 na dinâmica dos microtúbulos, motilidade do esperma, reação acrossómica e na regulação da barreira hemato-testicular, provavelmente, através da via de sinalização do TGFß. A análise do motivo de ligação à PPP1 mostra que este é altamente conservado entre os mamíferos, com exceção das Pikas, sugerindo que esta perda aconteceu antes da radiação das Pikas, há 6-20 milhões de anos atrás. Através de um rastreio por mutações demonstrámos que a capacidade da Tctex1d4 se ligar à PPP1 é mantida nas Pikas, embora o motivo de ligação à PPP1 esteja disrompido. Este estudo abre portas para novas descobertas na área da reprodução mostrando o papel da PPP1CC2 na espermatogénese e fisiologia do esperma.

Cellular responses to genome mistranslation

Low level protein synthesis errors can have profound effects on normal cell physiology and disease development, namely neurodegeneration, cancer and aging. The biology of errors introduced into proteins during mRNA translation, herein referred as mistranslation, is not yet fully understood. In order to shed new light into this biological phenomenon, we have engineered constitutive codon misreading in S. cerevisiae, using a mutant tRNA that misreads leucine CUG codons as serine, representing a 240 fold increase in mRNA translational error relative to typical physiological error (0.0001%). Our studies show that mistranslation induces autophagic activity, increases accumulation of insoluble proteins, production of reactive oxygen species, and morphological disruption of the mitochondrial network. Mistranslation also up-regulates the expression of the longevity gene PNC1, which is a regulator of Sir2p deacetylase activity. We show here that both PNC1 and SIR2 are involved in the regulation of autophagy induced by mistranslation, but not by starvation-induced autophagy. Mistranslation leads to P-body but not stress-granule assembly, down-regulates the expression of ribosomal protein genes and increases slightly the selective degradation of ribosomes (ribophagy). The study also indicates that yeast cells are much more resistant to mistranslation than expected and highlights the importance of autophagy in the cellular response to mistranslation. Morpho-functional alterations of the mitochondrial network are the most visible phenotype of mistranslation. Since most of the basic cellular processes are conserved between yeast and humans, this study reinforces the importance of yeast as a model system to study mistranslation and suggests that oxidative stress and accumulation of misfolded proteins arising from aberrant protein synthesis are important causes of the cellular degeneration observed in human diseases associated to mRNA mistranslation.

Effect of water chemistry on the physiology and toxicity assessment in Daphnia

Todos os sistemas aquáticos estão potencialmente expostos a alterações nos parâmetros da água em consequência de fenómenos ambientais tais como deposição ácida, lixiviação de iões dos solos e alterações climáticas. Dado que os parâmetros químicos da água estão geralmente correlacionados, é pertinente estudar os seus efeitos combinados para o biota aquático. Assim, o principal objetivo desta tese é avaliar a importância ecológica da variação simultânea dos principais parâmetros fisico-químicos da água nos parâmetros de história de vida dos crustáceos tanto na ausência como na presença de metais. Foram estudados os seguintes parâmetros: dureza (0.5 - 3.5 mM), alcalinidade (0.3 - 2.3 mM), pH (5.7 - 9.0) e temperatura (13 - 30ºC). A Daphnia magna foi usada como espécie modelo representando os crustáceos aquáticos. A variação simultânea da dureza e alcalinidade afetou significativamente o crescimento, reprodução e crescimento populacional de Daphnia; no entanto, os efeitos da dureza excederam os efeitos da alcalinidade. Pareceu haver interação entre a dureza e alcalinidade na reprodução dos dafnídeos, o que sugere que os efeitos da variação da dureza para Daphnia e provavelmente outros crustáceos poderão depender do nível de alcalinidade. O pH e dureza da água exerceram efeitos combinados para Daphnia, sendo os efeitos do pH mais pronunciados do que os efeitos da dureza. A diminuição do pH reduziu a sobrevivência, crescimento, reprodução, taxa de ingestão e crescimento populacional dos dafnídeos. No entanto, os efeitos do pH baixo foram mais adversos a baixa dureza, o que sugere uma interação entre estes parâmetros. Assim, a diminuição do pH em lagos de água mole pode ser um estressor determinante para os crustáceos sensíveis à acidez, ameaçando a sua sobrevivência e, consequentemente, afetando a estrutura das cadeias alimentares aquáticas. A temperatura e a química da água (dureza e alcalinidade) interagiram entre si nos parâmetros de história de vida de Daphnia; no entanto, os efeitos da temperatura excederam os efeitos da química da água. De um modo geral, temperaturas extremas reduziram o crescimento, reprodução e, consequentemente, o crescimento populacional de Daphnia. Os efeitos do aumento da temperatura foram mais adversos a baixa dureza e alcalinidade, aumentando a preocupação com os efeitos ecológicos do aquecimento global em águas moles. A dureza e alcalinidade da água também desempenharam um papel importante na toxicidade aguda e subletal (inibição da ingestão) dos metais para Daphnia. A diminuição da dureza aumentou a toxicidade aguda do zinco. Por outro lado, a diminuição da alcalinidade aumentou a toxicidade aguda e subletal do cobre, mas reduziu a toxicidade subletal do zinco, tornando evidente o importante papel da alcalinidade na toxicidade subletal dos metais para Daphnia. Globalmente, os parâmetros fisico-químicos da água parecem interagir entre si, afetando os parâmetros de história de vida e o crescimento populacional de Daphnia e também afetam a toxicidade dos metais. Em particular, a baixa dureza agrava os efeitos adversos da diminuição do pH, aumento da temperatura e toxicidade dos metais, o que aumenta a preocupação com os efeitos ecológicos da sua variação simultânea sobre os crustáceos e, portanto, sobre as cadeias alimentares aquáticas.

Ecological interactions in populations facing environmental stress

O zooplâncton, particularmente os cladóceros, são organismos de água doce importantes na regulação da produção primária dos ecossistemas de água doce. No entanto, também podem adaptar-se a condições salobras. Tendo em conta as previsões no âmbito das alterações climáticas, a intrusão salina pode ocorrer a par com a subida de temperatura. As populações de água doce podem ficar vulneráveis aos efeitos interativos da salinidade e da temperatura, de acordo com os seus limites de tolerância e capacidade de adaptação ao stress ambiental. Assim, a presente tese analisou as interações resultantes das alterações destes agentes de stress em populações de cladóceros de água doce. Primeiro, comparou-se a halotolerância de diferentes genótipos de Simocephalus vetulus provenientes de populações de água doce e de água salobra de modo a avaliar a existência de uma componente genética de resistência à salinidade. A sensibilidade aguda dos genótipos variou na mesma gama de concentrações; todavia, todos os genótipos da população salobra, exceto um, foram mais tolerantes do que os de água doce, em termos de tempo à imobilização. Contudo, não foi possível estabelecer uma relação entre a performance reprodutiva em condições salobras e o contexto ambiental de origem destes genótipos. Mais, estes ensaios mostraram que as populações de água doce têm potencial para tolerar incrementos de salinidade. Como tal, pode-se concluir que a seleção a que os genótipos estão sujeitos no seu local de origem foi mais fraca do que o esperado. Segundo, investigou-se a capacidade de aclimatação de Daphnia galeata à salinidade e temperatura, de modo a avaliar a halotolerância de Daphnia a duas temperaturas num cenário de aclimatação multigeracional. O objetivo foi compreender se a pré-adaptação ao stress ambiental (20ºC e 25ºC versus 0 g/L e 1 g/L de NaCl) influenciou posteriormente as respostas a estes agentes de stress. Verificou-se uma tendência para um aumento de sensibilidade ao NaCl, a temperaturas mais elevadas. No entanto, este efeito foi anulado após nove gerações, mas apenas quando os organismos foram aclimatados aos dois agentes de stress em simultâneo (salinidade e temperatura elevada). Terceiro, demonstrou-se experimentalmente que a salinidade interferiu com a competição interespecífica, alterando a composição das comunidades zooplanctónicas. Este conjunto de evidências permitiu-nos refletir nos múltiplos impactos de agentes de stress, particularmente os relacionados com as previsões de alterações climáticas. Em paralelo aos estudos de natureza experimental, e numa perspetiva de Educação para o Desenvolvimento Sustentável (EDS), importa também promover o desenvolvimento de competências necessárias à compreensão de mudanças ambientais globais (e.g., o impacto da salinidade e da temperatura) para implementar estratégias de mitigação e adaptação. Neste contexto, foi realizada uma atividade com estudantes do ensino secundário, que se tornou uma boa oportunidade para a sua aprendizagem e aquisição de competências de interpretação de dados experimentais, assim como de sensibilização para as questões ambientais.