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Title in Portuguese: Análise fisiológica, bioquímica e proteômica de respostas ao estresse hidrico em genótipos de feijão-caupi [Vigna unguiculata (L.) Walp. ]
Title: Physiological, biochemistry and proteomic analysis of responses to water deficit in genotypes of cowpea [Vigna unguiculata (l.) Walp.)]
Author: Lima, Eveline Nogueira
Advisor(s): Bertini, Cândida Hermínia Campos de Magalhães
Co-advisor(s): Mesquita, Rosilene Oliveira
Keywords: Espectrometria de massa
Screening box
Mecanismos de tolerância
PEG6000
Issue Date: 2017
Citation: LIMA, Eveline Nogueira. Análise fisiológica, bioquímica e proteômica de respostas ao estresse hidrico em genótipos de feijão-caupi [Vigna unguiculata (L.) Walp. ]. 2017. 118 f. Tese (Doutorado em Agronomia/Fitotecnia)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017.
Abstract in Portuguese: No presente trabalho foi realizado um estudo englobando fisiologia, bioquímica e proteômica no feijão-caupi, uma cultura de grande importância nutricional e econômica, principalmente para a região Nordeste. O objetivo geral do estudo foi de identificar mecanismos envolvidos na tolerância à seca no feijão-caupi utilizando as três abordagens. Para tanto, foram conduzidos três experimentos, dois em casa de vegetação e um em laboratório. No primeiro experimento o objetivo foi identificar genótipos de feijão-caupi tolerantes e suscetíveis ao déficit hídrico a nível de plântulas, utilizando-se de duas metodologias, estresse hídrico simulado com o uso de PEG6000 (Polietilenoglicol) e Screening Box. Os resultados demostraram que as duas metodologias se mostraram eficientes na seleção de genótipos de feijão-caupi, sendo o genótipo Pingo de Ouro 1,2 tolerante ao déficit hídrico e o genótipo Santo Inácio Vermelho sensível. No segundo experimento o objetivo foi compreender os mecanismos de tolerância por meio da caracterização fisiológica e bioquímica para tolerância à seca em genótipos de feijão-caupi contrastantes para essa característica. Utilizou-se o delineamento inteiramente casualizado (DIC), num arranjo fatorial 4x2. Foram caracterizadas as respostas fisiológicas, como trocas gasosas, florescência da clorofila a, pigmentos fotossintéticos, danos de membrana pela peroxidação de lipídeos (MDA) e determinação de solutos orgânicos (Prolina, Carboidratos Solúveis e N-aminoácidos). Alguns mecanismos foram eficientes em evidenciar a tolerância do genótipo Pingo de Ouro 1,2, como a condutância estomática ao vapor d’água (gs), demostrando eficiência no controle estomático; a razão da taxa de assimilação liquida e condutância estomática ao vapor d’agua (A/gs); a eficiência do uso da água (A/E), provando maior eficiência do uso desta no genótipo tolerante; a eficiência de carboxilação e a clorofila total que tiveram os seus valores recuperados quando o genótipo foi irrigado novamente após os quatros dias de déficit severo, demostrando que este genótipo pode tolerar por mais tempo o período de seca. No terceiro experimento o objetivo foi identificar as proteínas diferencialmente expressas e as proteínas responsivas aos déficits hídricos nos genótipos contrastantes do experimento 2. As proteínas foram extraídas de folhas de feijão-caupi, dos tratamentos controle (irrigado), déficit moderado (-1,0 MPa) e déficit severo (-1,5 MPa), de cada genótipo tolerante e sensível ao déficit hídrico e foram analisadas pela 2D-SDS PAGE, usando espectrometria de massa na identificação das proteínas. Dentro de todas as comparações foram identificadas 108 proteínas diferencialmente expressas, dessas foram encontradas proteínas envolvidas em várias vias celulares que afetou os dois genótipos. Foram identificadas proteínas tanto no genótipo Pingo de Ouro 1,2 (tolerante) quanto no genótipo Santo Inácio Vermelho (sensível), podendo estas ser utilizadas como marcadores. Das proteínas que foram mais expressas entre os genótipos tem-se a subunidade maior ribulose-1,5-bisfosfato carboxilase/oxigenase, parcial (cloroplasto). Uma diferença encontrada entre os dois genótipos está relacionada a essa proteína. O genótipo sensível teve maior repressão dessa proteína, com isso pode-se sugerir que o genótipo tolerante possua mecanismo mais eficiente de escape à seca que o sensível. Os resultados mostram informações para compreensão das bases moleculares em relação à tolerância e sensibilidade do feijão-caupi sob déficit hídrico.
Abstract: A physiological, biochemistry and proteomic studies were conducted on cowpea [Vigna unguiculata (L.) Walp.)], aiming to identify mechanisms involved in drought tolerance or susceptibility by using three different approaches. The importance of these studies is based on the fact that cowpea is a nutritional and economically crop cultivated mainly in the water deficient semiarid region of the Northeast of Brazil. Three experiments were conducted, two in a greenhouse and one in the laboratory. The objective of the first trial was to identify genotypes that were tolerant or susceptible to water deficit by using two approaches: (a) water deficit simulated by the use of PEG6000 (Polyethylene glycol) and (b) by Screening Box. The results of these trials revealed that the two methodologies were efficient to allowed the selection of cowpea “Pingo de Ouro 1,2” genotype as being tolerant to water deficit, while the “Santo Inácio Vermelho” genotype was found to be susceptible. The second trail aimed to look for understanding the mechanism underlying plants tolerant to drought by means of physiological and biochemistry characterization of drought tolerance in the contrasting genotypes susceptible. A completely randomized design (CRD) was used in a 4x2 factorial arrangement. The physiological responses, as measured by gas exchange, chlorophyll at the flowering stage, photosynthetic pigments, membrane damage by lipid peroxidation (DPL), and determination of organic solutes (Proline, Soluble Carbohydrates and N-amino acids) were characterized. Some mechanisms were effectives in identifying the “Pingo de Ouro 1,2” genotype tolerance to stomata conductance to water (gs). This observation showed the efficiency in the stomata control, the ratio of liquid assimilation rate and stomata conductance to stream (A/gs), water use efficiency (A/E), providing greater efficiency of water use in the tolerant genotype. The carboxylation efficiency and the total chlorophyll that had their values recovered when the genotype was irrigated again after the four days of severe water deficit, which indicated that the mentioned genotype can tolerant a longer period of drought. The goals of the third trial were to identify the differentially expressed proteins and proteins responses to the water deficits in the experimental genotypes of the trial number 2. Proteins were extracted from leaves, while the control treatments irrigated show moderate water deficit (-1,0 MPa) and severe deficit (-1,5 MPa) of each tolerant and sensitive water deficit genotype were evaluated by 2D-SDS PAGE, using mass spectrometry for identification of proteins. Within all the comparisons, 108 differentially expressed proteins were identified that were involved in several cellular pathways that affected the two genotypes. Proteins were identified both in the tolerant “Pingo de Ouro 1,2” genotype as well as in the susceptible to water deficit “Santo Inácio Vermelho” genotype. The conclusion is that these genotypes could be used as markers. The proteins that were most expressed among the mentioned genotypes, was the subunit of major partial ribulose-1,5 bisphosphate carboxylase/oxigenase, (chloroplast), and a difference was found between these proteins. Considering the described situation, it can be assumed that the tolerance has more efficient mechanisms of dry escape than the sensitive one. The results indicated information for understanding the molecular bases of tolerance and sensible cowpea genotypes under water deficit.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/23155
metadata.dc.type: Tese
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