tese

Integrative characterization of physiological and molecular regulation of hop (Humulus lupulus l.) development: photoperiod and hormonal signaling

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Notas

Editores

Oliveira, Raphael Ricon de: https://orcid.org/0000-0002-3971-0021

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Universidade Federal de Lavras

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Instituto de Ciências Naturais (ICN)

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Programa de Pós-Graduação

Programa de Pós-Graduação em Fisiologia Vegetal

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ODS 2: Fome zero e agricultura sustentável
ODS 7: Energia limpa e acessível
ODS 12: Consumo e produção responsáveis

Dados abertos

Resumo

O cultivo de lúpulo tem se expandido para regiões tropicais e subtropicais devido ao seu elevado valor agregado e à sua importância para a indústria, com destaque para a cadeia cervejeira. No entanto, a produção em larga escala nessas regiões continua sendo um desafio, principalmente porque o florescimento precoce limita o crescimento vegetativo necessário para alcançar altas produtividades. Estima-se que uma produção competitiva exija aproximadamente 3 kg de inflorescência feminina (chamado de estróbilo ou cone) por planta, os quais se desenvolvem principalmente em ramos laterais reprodutivos. Sob condições de dias curtos (< 16 h luz), esses ramos não se desenvolvem e as plantas passam precocemente para o florescimento. A extensão do fotoperíodo para aproximadamente 17 h retarda o florescimento e mantém o crescimento vegetativo. No entanto, a necessidade de suplementação com luz contínua durante vários meses representa uma limitação ambiental e socioeconômica, especialmente em regiões rurais afetadas por problemas no fornecimento de energia elétrica, enquanto o uso de combustíveis fósseis não constitui uma alternativa sustentável. A capacidade das plantas de lúpulo de manter o crescimento vegetativo sob fotoperíodos estendidos sugere a existência de mecanismos endógenos capazes de integrar sinais ambientais e regular a transição reprodutiva. Nesse contexto, esta tese teve como objetivo caracterizar de forma integrativa os mecanismos fisiológicos e moleculares envolvidos na resposta do lúpulo à extensão do fotoperíodo. No primeiro estudo, demonstramos que a aplicação exógena de GA3 promove o desenvolvimento de ramificações laterais e retarda o florescimento sob condições de dias curtos. No segundo, demonstramos que a extensão do fotoperíodo altera a expressão de genes envolvidos na biossíntese e sinalização de giberelinas, e que essas respostas são moduladas pela temperatura noturna evidenciando uma interação entre sinais fotoperiódicos e térmicos. No terceiro, caracterizamos uma família de fatores de transcrição com padrões de expressão associados a diferentes tecidos e estágios do desenvolvimento, cujos membros têm sido relacionados à regulação da arquitetura vegetal em outras espécies. Em conjunto, esses resultados contribuem para a compreensão de como a regulação hormonal, a expressão gênica e a arquitetura vegetal participam da manutenção do crescimento vegetativo e do atraso do florescimento. Dessa forma, tais resultados fundamentam as bases para programas de melhoramento genético voltados ao desenvolvimento de cultivares menos dependentes da suplementação com luz artificial, o que viabiliza uma produção de lúpulo mais eficiente e sustentável em regiões tropicais e subtropicais.

Abstract

Hop cultivation has expanded into tropical and subtropical regions due to its high added value and importance to the industry, particularly the brewing industry. However, large-scale production in these regions remains challenging, mainly because premature flowering limits the vegetative growth required to achieve high yields. Competitive production is estimated to require approximately 3 kg of female inflorescences, known as strobiles or cones, per plant, which develop mainly on reproductive lateral shoots. Under short-day conditions (<16 h of light), these shoots fail to develop, and plants transition prematurely to flowering. Extending the photoperiod to approximately 17 h delays flowering and maintains vegetative growth. However, the need for continuous artificial light supplementation over several months represents an environmental and socioeconomic limitation, particularly in rural regions affected by unreliable electricity supply, while the use of fossil fuels is not a sustainable alternative. The ability of hop plants to maintain vegetative growth under extended photoperiods suggests the existence of endogenous mechanisms capable of integrating environmental signals and regulating the reproductive transition. In this context, this thesis aimed to provide an integrative characterization of the physiological and molecular mechanisms involved in the response of hop to photoperiod extension. In the first study, we demonstrated that exogenous GA₃ application promotes lateral shoot development and delays flowering under short-day conditions. In the second study, we demonstrated that photoperiod extension alters the expression of genes involved in gibberellin biosynthesis and signaling, and that these responses are modulated by nocturnal temperature, revealing an interaction between photoperiodic and thermal signals. In the third study, we characterized a family of transcription factors with expression patterns associated with different tissues and developmental stages, whose members have been implicated in the regulation of plant architecture in other species. Together, these results contribute to understanding how hormonal regulation, gene expression, and plant architecture participate in maintaining vegetative growth and delaying flowering. Therefore, these findings provide a basis for breeding programs aimed at developing cultivars that are less dependent on artificial light supplementation, potentially enabling more efficient and sustainable hop production in tropical and subtropical regions.

Keywords

Branching, Gibberelli, Hop, Photoperiod, Short-day, TCP transcription factors, Light supplementation, Fatores de transcrição TCP, Fotoperíodo, Giberelina, Lúpulo, Long-day, Ramificação, Suplementação de luz

Descrição

Arquivo retido a pedido da autoria, até outubro de 2027.

Área de concentração

Crescimento e desenvolvimento de plantas

Linha de pesquisa

Biologia Molecular do florescimento

Agência de desenvolvimento

Marca

Objetivo

Procedência

Impacto da pesquisa

Resumen

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DOI

Citação

GUTIÉRREZ, Robert Yonel Márquez. Integrative characterization of physiological and molecular regulation of hop (Humulus lupulus l.) development: photoperiod and hormonal signaling. 2026. 132 p. Tese ( Doutorado em Fisiologia Vegetal) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2026.

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