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A fresh look at an ancient technique: a cellular perspective on seed priming

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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

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Meio ambiente
Tecnologia e produção
Trabalho

Objetivos de Desenvolvimento Sustentável

ODS 2: Fome zero e agricultura sustentável
ODS 12: Consumo e produção responsáveis
ODS 13: Ação contra a mudança global do clima

Dados abertos

Resumo

A preparação de sementes é uma técnica de pré-semeadura que melhora a velocidade de germinação, a sincronização e a tolerância ao estresse nas culturas. Embora seus benefícios no campo sejam bem estabelecidos, os ajustes celulares e metabólicos que regem a capacidade de resposta específica de cada cultivar em condições ambientais variáveis ainda são pouco compreendidos. Esta tese teve como objetivo elucidar esses mecanismos subjacentes, usando uma perspectiva celular abrangente. Assim, ela é apresentada em duas partes: o Capítulo 1 fornece uma revisão detalhando as alterações fisiológicas induzidas pelo priming, estabelecendo a relação entre o estado de hidratação celular e o subsequente aumento na uniformidade da germinação e nos mecanismos de tolerância ao estresse. O Capítulo 2 abrange um artigo de pesquisa original que investiga se os mecanismos desencadeados pelo pré-tratamento são afetados por temperaturas extremas, utilizando duas cultivares de Sorghum bicolor (L.) Moench, BTx623 e RTx430. O desempenho da germinação foi avaliado em uma faixa de temperatura, com análises detalhadas realizadas em condições ótimas (25 ºC) e de estresse por baixa temperatura (10 ºC). Através de uma abordagem multifacetada, incluindo metabolômica não direcionada, microscopia eletrônica de transmissão mitocondrial e ensaios de desempenho respiratório usando inibidores, descobrimos duas estratégias metabólicas distintas pelas cultivares, caracterizadas por um grande acúmulo e estabilização de metabólitos protetores essenciais ou por uma plasticidade que altera rapidamente o acúmulo de metabólitos em resposta à condição. Essa reprogramação metabólica garante que a semente resultante do priming seja metabolicamente pré-condicionada, encurtando efetivamente a fase de latência limitante da germinação. No final, este trabalho elucida a base celular da eficácia do preparo e enfatiza a necessidade de considerar os desfechos metabólicos específicos do genótipo para otimizar as aplicações de melhoria de sementes em um clima em mudança.

Abstract

Seed priming is a vital pre-sowing technique that enhances germination speed, synchronization, and stress tolerance in crops. While its field benefits are well-established, the precise cellular and metabolic adjustments that rules cultivar-specific responsiveness under varying environmental conditions remain poorly understood. This thesis aimed to elucidate these underlying mechanisms, using a comprehensive cellular perspective. Thus, it is presented in two parts: Chapter 1 provides a review detailing the physiological alterations induced by priming, establishing the relationship between cellular hydration status and the subsequent increase in germination uniformity and stress tolerance mechanisms. Chapter 2 encompasses an original research paper that investigates whether priming-triggered mechanisms are affected by temperature extremes, using two Sorghum bicolor (L.) Moench cultivars, BTx623 and RTx430. Germination performance was evaluated across a temperature range, with detailed analyses conducted at optimum (25 ºC) and low-temperature stress (10 ºC) conditions. Through a multi-faceted approach, including untargeted metabolomics, mitochondrial electron microscopy, and respiration performance assays using inhibitors, we uncovered two distinct metabolic strategies by the cultivars, characterized by either a great accumulation and stabilization of key protective metabolites or remarkable plasticity that rapidly shifts the metabolite accumulation in response to the condition. This metabolic reprogramming ensures that the resulting primed seed is metabolically pre-conditioned, effectively shortening the rate-limiting lag phase of germination. At the end, this work elucidates the cellular basis of priming efficacy and emphasizes the necessity of considering genotype-specific metabolic endpoints for optimizing seed enhancement applications under a changing climate.

Descrição

Área de concentração

Crescimento e desenvolvimento vegetal

Linha de pesquisa

Fisiologia do crescimento e desenvolvimento vegetal

Agência de desenvolvimento

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Citação

BERNARDES, Mateus Moreira. A fresh look at an ancient technique: a cellular perspective on seed priming. 2025. 76 p. Tese (Doutorado em Fisiologia Vegetal) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2025.

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