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Título: Estudo de mecanismos de regulação do sódio citoplasmático em cultivares de Vigna unguiculata (L.) WALP. submetidas à salinidade
Título em inglês: Cytoplasmic sodium adjustment mechanisms in study Vigna unguiculata (L.) Walp. cultivars submitted to salinity
Autor(es): Torquato, José Pedro Pires
Orientador(es): Costa, José Hélio
Palavras-chave: Bombas-de-prótons
Expressão gênica
Estresse salino
NHX
SOS1 e Vigna unguiculata
Data do documento: 2014
Citação: TORQUATO, J. P. P. (2014)
Resumo: No Nordeste brasileiro existem algumas áreas salinizadas e outras em processo de salinização, o que reduz drasticamente a produtividade das plantas. Muitos estudos tem sido feitos em relação ao efeito do estresse salino no crescimento e desenvolvimento das plantas. Contudo, pouco se sabe sobre os mecanismos de aclimatação à salinidade nos diferentes órgãos vegetais, particularmente nos mecanismos de manutenção da homeostase iônica do sódio em Vigna unguiculata, envolvendo: enzimas, canais e transportadores. Para tal, foram utilizados dois cultivares com diferentes graus de suscetibilidade ao estresse salino: Pitiúba (tolerante) e Setentão (sensível). O objetivo do presente trabalho foi compreender as inter-relações entre as H+-ATPases e o transportador SOS1, bem como, as inter-relações entre o transportador vacuolar NHX e as bombas de prótons vacuolares e seus papéis na regulação da concentração citoplasmática de Na+ em Vigna unguiculata, em resposta ao estresse salino. Para tal, foram avaliados parâmetros morfológicos: comprimento de raízes, caules e folhas, massa seca de raízes, caules e folhas, razão Raiz/Parte Aérea, e parâmetros bioquímicos: concentrações de prolina, malondialdeído, dos íons Na+ e K+ e a razão Na+/K+, em 5 diferentes concentrações (0, 25, 50, 75 e 100 mM) de NaCl. Também foram analisados parâmetros moleculares nos dois cultivares Pitiúba e Setentão em plantas com 10 dias após a semeadura, submetidas ao NaCl (100 mM) por 120 horas. Genes codificadores da SOS1, H+-ATPase tipo P e tipo V, pirofosfatases e NHX foram identificados através de buscas em bancos de dados de V. unguiculata. A expressão gênica foi avaliada em plantas com 10 dias após a semeadura, submetidas a NaCl 100 mM, nos tempos: 0, 6, 12, 24 e 48 horas após aplicação do estresse, através da técnica PCR em tempo real (qPCR). A avaliação conjunta dos dados possibilitou estabelecer as diferenças na forma de aclimatação ao estresse salino entre os dois cultivares. Os parâmetros tais como: aspectos visuais, massa seca, área foliar e razão Na+/K+ deram suporte para que Pitiúba sejá classificada como um cultivar mais tolerante ao estresse salino em relação a Setentão. Os parâmetros, crescimento e percentual de água não foram conclusivos. O cultivar Pitiúba, apresentou uma concentração constitutiva de prolina maior do que Setentão nas folhas estando, portanto, melhor pré-aclimatado para tolerância ao estresse salino. A maior peroxidação lipídica nas folhas foi observada em Pitiúba. As buscas em bancos de dados revelaram que V. unguiculata apresenta pelo menos 1 gene SOS1, 13 genes H+-ATPase tipo P, 7 genes NHX, 2 genes PPase e 1 gene V-ATPase subA. Desses genes, SOS1, H+-ATPase 06 e 48, NHX1, NHX2, PPase1 e V-ATPase subA foram induzidos em resposta ao estresse salino de maneira diferenciada em relação ao órgão e cultivar analisado. A partir desses dados foi possível inferir que a exclusão de Na+ em Pitiúba ocorre principalmente nas raízes, enquanto que em Setentão ocorre mais intensamente nas folhas. A compartimentalização vacuolar do Na+ é maior nas raízes de ambos os cultivares. Contudo, enquanto Pitiúba aumentou a expressão de NHX1, Setentão aumentou a expressão de NHX2. A indução de NHX foi acompanhada pelo aumento do mRNA da PPase1 em ambos os cultivares e da V-ATPase em Pitiúba. Em folhas, o gene SOS1 foi mais expresso em Setentão revelando uma co-expressão com dois genes da H+-ATPase (H+-ATPase 06 e 48), enquanto a expressão de NHX1 aumentou apenas em Pitiúba. Em geral, os dados sugerem que os cultivares de V. unguiculata (Pitiúba e Setentão) utilizaram diferentes estratégias para minimizar os efeitos deletérios do estresse salino.
Abstract: In the Northeast of Brazil, there are some salinized areas and others in the process of salinization, what drastically reduces plant productivity. Many studies have been done regarding the effect of saline stress on plant growth and development. However, there is little knowledge about the mechanisms of acclimatization to salinity in the different plant organs, particularly in the maintenance mechanisms of sodium ion homeostasis in Vigna unguiculata, involving: enzymes, channels and transporters. For this, two cultivars with different degrees of susceptibility to saline stress were used: Pitiúba (tolerant) and Setentão (sensitive). The objective of the present work was to understand the interrelationships between the H+-ATPases and the SOS1 transporter, as well as the interrelationships between the vacuolar NHX transporter and the vacuolar proton pumps and their roles on regulating the Na+ cytoplasmic concentration in Vigna unguiculata, in response to saline stress. For this, morphological parameters were evaluated: roots, stems and leaves length, root, stems and leaves dry mass, ratio Root/Aerial, and biochemical parameters: proline, malondialdehyde, Na+ and K+ ions and the ratio Na+/K+, at 5 different concentrations (0, 25, 50, 75 and 100 mM) of NaCl. Molecular parameters in the two cultivars Pitiúba and Setentão were also analyzed in plants with 10 days after sowing, submitted to NaCl (100 mM) for 120 hours. SOS1, H+-ATPase type P and type V, pyrophosphatases and NHX encoding genes were identified through searches in Vigna unguiculata databases. The gene expression was evaluated in plants with 10 days after sowing, submitted to 100 mM NaCl, at the times: 0, 6, 12, 24 and 48 hours after stress application, using PCR technique in real-time (qPCR). The entirely evaluation of the data allowed to establish the differences in the form of acclimatization to the saline stress between the two cultivars. The parameters such as visual aspects, dry mass, leaf area and Na+/K+ ratio gave support for Pitiúba to be classified as a salt tolerant cultivar in relation to the Setentão. The parameters, growth and percentage of water were not conclusive. The Pitiúba cultivar, presented a constitutive proline concentration in the leaves greater than the Setentão cultivar and being, therefore, better pre-acclimatized to tolerate saline stress. The highest lipid peroxidation in the leaves was observed in Pitiúba. The database searches revealed that V. unguiculata presents at least 1 SOS1 gene, 13 H+-ATPase type P genes, 7 NHX genes, 2 PPase genes and 1 V-ATPase subA gene. Of these genes, SOS1, H+-ATPase 06 and 48, NHX1, NHX2, PPase1 and V-ATPase subA were induced in response to saline stress in a differentiated way in relation to organ and cultivar analyzed. From these data it was possible to infer that the exclusion of Na+ in Pitiúba occurs mainly in the roots, while in the Setentão it occurs more intensely in the leaves. Vacuolar compartmentalization of Na+ is higher in the roots of both cultivars. However, while Pitiúba increased expression of NHX1, Setentão increased expression of NHX2. NHX induction was accompanied by the mRNA increase of PPase1 in both cultivars and V-ATPase in Pitiúba. In leaves, the SOS1 gene was most expressed in the Setentão, revealing a co-expression with two H+-ATPase genes (H+-ATPase 06 and 48), whereas NHX1 expression increased only in Pitiúba. In general, the data suggest that the cultivars of Vigna unguiculata (Pitiúba and Setentão) used different strategies to minimize the deleterious effects of saline stress.
Descrição: TORQUATO, José Pedro Pires. Estudo de mecanismos de regulação do sódio citoplasmático em cultivares de Vigna unguiculata (L.) WALP. submetidas à salinidade. 2014. 139 f. Tese (Doutorado em Bioquímica)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/21756
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