Análise comparativa do transcriptoma e de metabólitos em resposta ao déficit hídrico em Eucalyptus spp.
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Universidade Federal de Lavras
Faculdade, Instituto ou Escola
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Departamento de Biologia
Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-Graduação em Agronomia/Fisiologia Vegetal
Agência de fomento
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Tipo de impacto
Áreas Temáticas da Extenção
Objetivos do desesenvolvimento sustentável
Dados abertos
Resumo
Ao longo das décadas vários estudos moleculares e fisiológicos já demonstraram que as
respostas ao déficit hídrico dependem de uma rede integrada de regulação, que envolve todos
os aspectos das plantas. Essas repostas vegetais variam de acordo com a severidade do estresse,
do genótipo e da fase de desenvolvimento da planta e ajudam a reduzir os efeitos deletérios da
falta de água e conferir tolerância à esta condição. Como estas diferenças podem ser detectadas
em espécies próximas, este trabalho teve como objetivo obter uma visão multidisciplinar das
respostas geradas por dois clones de eucalipto em condições de baixa disponibilidade de água,
com enfoque nos mecanismos transcricionais, bioquímicos e fisiológicos ativados nessa
situação. Os clones analisados foram VM01 (Eucalyptus urophylla x E. camaldulensis) e VM05
(E. urophylla), selecionados por apresentam respostas contrastantes sob déficit hídrico.
Comparações em nível transcricional, com dados de RNA-seq, revelaram genes
diferencialmente expressos e fatores de transcrição responsivos ao déficit hídrico nos dois
materiais genéticos analisados. A expressão relativa de genes envolvidos na biossíntese,
transporte e degradação de ácido abscísico (ABA) foi modulada em resposta aos tratamentos
impostos, principalmente em raízes e tecidos vasculares. Padrão semelhante foi detectado em
rotas do metabolismo de carbono, onde a atividade de enzimas específicas foi alterada em
situações de estresse severo, com diferença entre os clones VM01 e VM05. Estudos mais
específicos de genes das famílias NCED, DREB e MET, associadas à regulação sob déficit
hídrico em diversas espécies, revelaram que existem vários genes em eucalipto com potencial
de uso em estudos futuros sobre escassez de água. Análises da expressão gênica, via RT-qPCR,
de genes destas famílias revelaram que os clones adotam estratégias diferentes para sobreviver
em condições limitantes, sendo que o VM05 parece estar sob controle de modificações
epigenéticas. Para ajudar a elucidar esta ideia, metabólitos sinalizadores do déficit hídrico foram
quantificados em tecidos foliares dos dois clones. Diferenças foram detectadas no metabolismo
de carboidratos (amido, açúcares redutores e sacarose) e no conteúdo de ABA, sugerindo que
o clone VM01 apresenta respostas mais rápidas de defesa à redução de água, fato que reflete
em uma maior tolerância destas plantas ao déficit hídrico. De maneira geral, as análises
integradas e comparativas desses clones permitiram um maior entendimento do mecanismo
regulatório do déficit hídrico em eucalipto, com a geração de dados que garantem estudos
futuros e auxiliam os programas de melhoramento genético na seleção de genótipos tolerantes
ao estresse.
Abstract
Over the decades, several molecular and physiological studies have shown that responses to
water deficit depend on an integrated regulatory network, which involves all aspects of plants.
These plant responses vary according to the severity of the plant's stress, genotype and
developmental phase and help to reduce the deleterious effects of lack of water and confer
tolerance to this condition. As these differences can be detected in nearby species, this work
aimed to obtain a multidisciplinary view of the responses generated by two eucalyptus clones
under conditions of low water availability, focusing on the transcriptional, biochemical and
physiological mechanisms activated in this situation. The clones analyzed were VM01
(Eucalyptus urophylla x E. camaldulensis) and VM05 (E. urophylla), selected by presenting
contrasting responses under water deficit. Comparisons at the transcriptional level with RNA-
seq data revealed differentially expressed genes and transcriptional factors responsive to water
deficit in the two genetic materials analyzed. The relative expression of genes involved in
biosynthesis, transport and degradation of abscisic acid (ABA) was modulated in response to
the treatments imposed, mainly in vascular roots and tissues. Similar pattern was detected in
routes of carbon metabolism, where the activity of specific enzymes was altered in situations
of severe stress, with difference between clones VM01 and VM05. More specific studies of
genes from the NCED, DREB and MET families, associated with regulation of water deficit in
several species, revealed that there are several genes in eucalyptus with potential use in future
studies on water scarcity. Gene expression analysis by RT-qPCR of genes from these families
revealed that clones adopt different strategies to survive under limiting conditions, and VM05
appears to be under control of epigenetic modifications. To help elucidate this idea, water deficit
signaling metabolites were quantified in leaf tissues of the two clones. Differences were
detected in the metabolism of carbohydrates (starch, reducing sugars and sucrose) and ABA
content, suggesting that clone VM01 presents faster defense responses to water reduction, a fact
that reflects in a higher tolerance of these plants to the water deficit. In general, the integrated
and comparative analyzes of these clones allowed for a better understanding of the regulatory
mechanism of water deficit in eucalyptus, with the generation of data that guarantee future
studies and help the breeding programs in the selection of genotypes tolerant to stress.
Descrição
Área de concentração
Agência de desenvolvimento
Palavra chave
Marca
Objetivo
Procedência
Impacto da pesquisa
Resumen
Palavras-chave
ISBN
DOI
Citação
OLIVEIRA, K. E. S. de. Análise comparativa do transcriptoma e de metabólitos em resposta ao déficit hídrico em Eucalyptus spp. 2019. 153 p. Dissertação (Mestrado em Agronomia/Fisiologia Vegetal) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2019.