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Título: Homeostase redox, genes associados e a resistência do feijão-de-corda [Vigna unguiculata (L.) Walp.] ao fungo hemibiotrófico Colletotrichum gloeosporioides [(Penz) Penz & Sacc.]
Título em inglês: Redox homeostasis, associated genes and the resistance of cowpea [Vigna unguiculata (L.) Walp.] to hemibiotrophic fungus Colletotrichum gloeosporioides [(Penz) Penz & Sacc.]
Autor(es): Silva, Fredy Davi Albuquerque
Orientador(es): Oliveira, José Tadeu Abreu de
Palavras-chave: Bioquímica
Defesa
Colletotrichum gloeosporioides
Peróxido de hidrogênio
Metabolismo redox
Patógeno hemibiotrófico
Data do documento: 2015
Citação: SILVA, F. D. A. (2015)
Resumo: Colletotrichum gloeosporioides é um importante patógeno hemibiotrófico com uma ampla gama de hospedeiros que causa perdas substanciais de colheitas. Dados recentes mostraram que a resposta hipersensitiva (HR) é um evento envolvido na resistência do feijão-de-corda (V.unguiculata) genótipo BR-3 contra C.gloeosporioides (isolado LPVD-1). Vários estudos têm sido realizados sobre os mecanismos de defesa de plantas a patógenos hemibiotróficos, mas em geral eles continuam a ser mal compreendidos. Anteriormente, comparamos mudanças na expressão de proteínas induzidas em genótipos resistentes de feijão-de-corda após a infecção com C. gloeosporioides utilizando uma abordagem proteômica. Com base nesses resultados, no presente estudo, avaliamos as respostas de defesa induzidas por C.gloeosporioides em V.unguiculata associadas com a explosão oxidativa, o acúmulo de espécies reativas de oxigênio (EROs), como o ânion superóxido (O2•-), e o peróxido de hidrogênio (H2O2), bem como a expressão de genes antioxidantes, utilizando análise por RT-qPCR. Ao mesmo tempo foi analisada a cinética de infecção de C.gloeosporioides por microscopia óptica (MO) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). O aumento de O2•- e H2O2 foi detectado em feijão-de-corda, 2 horas após a inoculação (hai) utilizando coloração por NBT e DAB, respectivamente. A quantificação espectrofotométrica demonstrou dois picos de produção de H2O2, 2 e 12 hai, mostrando uma cinética bifásica. O aumento de H2O2 foi acompanhado por peroxidação lipídica 2 e 48 hai. As análises de MO e MEV mostraram que C.gloeosporioides foi capaz de gerar estruturas tais como tubos germinativos e apressórios e se desenvolver sob a superfície das folhas. No entanto, apesar do desenvolvimento e tentativa de infecção, alterações ultra-estruturais foram observadas na superfície de conídios e hifas 8 hai levando a não infecção de células hospedeiras. Análise por RT-qPCR demonstrou que os genes VuFeSODI e VuCuZnSODII apresentaram aumento de expressão 4 hai, enquanto que o gene VuCuZnSODI foi bem expresso 12 hai. Em relação aos genes associados à regulação de H2O2, VuPrxIIBCD mostrou uma forte aumento de transcristos em 2 hai enquanto que, VuAPXI mostrou aumento de expressão apenas 12 hai. VuCATI e VuCATII mostram aumento de expressão quantitativa dos transcritos 12 hai, indicando que eles são associados a manutenção de H2O2 em peroxissomos. Contrariamente, a expressão dos transcritos de VuPrxIIE foi reprimida nas primeiras horas após a inoculação, contudo, apresentaram níveis aumentados de expressão em 48 hai, sugerindo participar na regulação de H2O2 nos cloroplastos. O presente estudo indica que H2O2 tem um papel importante nas estratégias de defesa iniciais de feijão-de-corda, agindo contra C.gloeosporioides e funcionando como uma molécula sinalizadora. Além disso, os genes associados com defesas antioxidantes estudados parecem estar envolvidos, em combinação com outras moléculas, na regulação dos níveis de H2O2 para prevenir a morte celular e regular a homeostase redox, eventos importantes nos mecanismos de resistência de plantas a patógenos.
Abstract: Colletotrichum gloeosporioides is an important hemibiotrophic pathogen with a broad host range that causes substantial crop losses. Recent data have shown that the hypersensitive response (HR) is one event involved in the resistance of cowpea (V.unguiculata) genotype BR-3 against C.gloeosporioides (LPVD-1 isolate). Several studies have been undertaken on the defense mechanism of plant to hemibiotrophic pathogen, but overall they remain poorly understood. Previously, we have compared changes in protein expression induced in resistant cowpea genotype after infection with C.gloeosporioides using a proteomic approach. Based on these results, in the present study, we evaluated the defense responses induced by C.gloeosporioides in V.unguiculata associated with oxidative burst, accumulation of reactive oxygen species (ROS) such as superoxide anion (O2•-), hydrogen peroxide (H2O2) as well expression of antioxidant genes using RT-qPCR analysis. At the same time, we analyzed the C.gloeosporioides infection kinetics by optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM). Increased O2•- and H2O2 was detected in cowpea 2 hours after inoculation (hai) using NBT and DAB staining, respectively. Spectrophotometric measurements showed two peaks H2O2 production, 2 and 12 hai, showing a biphasic kinetics. The increase of H2O2 was accompanied by lipid peroxidation 2 and 48 hai. OM and SEM analyzes showed that C.gloeosporioides was able to generate germ tubes and structures such as apressoria and develop under the surface of the leaves. However, despite of the development and attempt to infection, ultra-structural changes were observed on the surface of conidia and hyphae, 8 hai led to no infection of host cells. Analysis by RT-qPCR demonstrated that the genes VuFeSODI and VuCuZnSODII are up- regulated in chloroplasts at 4 hai, while the gene VuCuZnSODI was well up-regulated 12 hai. In relation to genes associated to scavenging of H2O2, VuPrxIIBCD showed a strong up-regulated of transcript at 2 hai while that VuAPXI showed up-regulated only 12 hai. VuCATI and VuCATII showed that the quantitative level of transcript expression was up- regulated 12 hai, indicating that they are important in the maintenance of H2O2 in peroxisomes. Contrarily, VuPrxIIE transcript was down-regulated in the early hours after inoculation, but showed increased expression levels at 48 hai suggesting participate in the regulation of H2O2 in chloroplasts. The present study indicates that H2O2 has an important role in the initial defense strategies of cowpea acting against C.gloeosporioides and functioning as a signaling molecule. Furthermore, genes associated with antioxidant defenses studied here seem to be involved, in combination with other molecules, in the regulation of H2O2 levels toward preventing cell death and regulating the cell redox homeostasis, important events in the resistance mechanisms of plants to pathogens.
Descrição: SILVA, Fredy Davi Albuquerque. Homeostase redox, genes associados e a resistência do feijão-de-corda [Vigna unguiculata (L.) Walp.] ao fungo hemibiotrófico Colletotrichum gloeosporioides [(Penz) Penz & Sacc.]. 2015. 145 f. Tese (Doutorado em bioquímica)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2015.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/18806
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