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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/70490
Tipo: | Dissertação |
Título: | Análise de redes e modulação metabólica associadas a parâmetros bioquímicos e fisiológicos em cultivares contrastantes de arroz sob salinidade |
Título em inglês: | Analysis of networks and metabolic modulation associated with biochemical and physiological parameters in contrasting rice cultivars under salinity |
Autor(es): | Gomes, Micaelle Ribeiro dos Santos |
Orientador: | Carvalho, Humberto Henrique de |
Palavras-chave: | Salinidade;Aclimatação;Oryza sativa;Metabolômica |
Data do documento: | 2022 |
Citação: | GOMES, Micaelle Ribeiro dos Santos. Análise de redes e modulação metabólica associadas a parâmetros bioquímicos e fisiológicos em cultivares contrastantes de arroz sob salinidade. 2022. 82 f. Dissertação (Mestrado em Bioquímica) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023. |
Resumo: | A salinidade afeta o crescimento e desenvolvimento das plantas. No entanto há cultivares que apresentam tolerância maior do que outras, e hipotetiza-se que dispõem de metabólitos diferenciais que as permitem se aclimatar ao estresse salino evitando prejuízos ao rendimento. Deste modo, o objetivo do trabalho foi relacionar alterações morfológicas e bioquímicas com a modulação de metabólitos primários e o impacto na topologia das redes de duas cultivares de arroz, Esmeralda (ES) e São Francisco (SF) em hidroponia na ausência e presença de 80 mM de NaCl. Para isso, foi mensurado o comprimento da planta; massa seca; teor de clorofilas e carotenoides; trocas gasosas, fluorescência da clorofila a; íons inorgânicos; malondialdeído (MDA) e peróxido de hidrogênio; atividade de enzimas antioxidantes; e por fim, os perfis metabólicos. Os dados de metabólitos foram obtidos e analisados usando o software MetaboAnalyst para as análises multivariadas e Cytoscape para a criação de redes de correlação. Os resultados mostraram que as cultivares ES e SF submetidas à salinidade tiveram massa seca e comprimento reduzidos, bem como as trocas gasosas, clorofilas totais e carotenoides. No entanto, em todos os parâmetros supracitados, a cultivar SF apresentou reduções menores quando comparada com a ES. Em relação aos teores de MDA, a salinidade aumentou a peroxidação lipídica e a concentração de Na+ foi maior na ES. Além disso, a SF apresentou maiores razões da relação K+/Na+ tanto nas folhas quanto nas raízes. Já as respostas metabólicas das duas cultivares sob estresse salino foram bastante distintas. Um total de 48 metabólitos foram identificados tanto na folha quanto na raiz. A análise de componentes principais mostrou uma clara separação entre os perfis dos tratamentos. Em geral, a quantidade de metabólitos alterados positivamente sob salinidade em folhas e raízes da SF foi maior comparativamente à ES de acordo com o test-t. A análise discriminante por mínimos quadrados parciais (OPLS-DA) revelou que na cultivar ES os metabólitos mais discriminantes foram ácido glicérico, palatinose e ácido treônico nas folhas enquanto leucina, fenilalanina e valina foram nas raízes. Para SF, arabinose, lisina e manose foram os discriminantes para folhas, e metionina, ornitina e xylitol foram os discriminantes para raízes. O efeito do sal impactou severamente as redes metabólicas nas folhas da ES, enquanto SF apresentou maior densidade e heterogeneidade. Por outro lado, as redes de metabólitos de raízes tiveram maior densidade para ambas as cultivares. A análise da rede incluindo o íon sódio revelou vários metabólitos correlacionados, sendo alguns deles confirmados pelo teste-t e OPS-DA. No geral, os dados mostraram que a ES apresentou um perfil metabólico impactado negativamente pelo estresse salino, enquanto na SF esse impacto teve um efeito positivo nos quais vários metabólitos como carboidratos, aminoácidos e ácidos orgânicos foram induzidos sob salinidade, provocando melhor desempenho em comparação com ES e corroborando resultados fisiológicos e fenotípicos. Assim, esse estudo fornece novas informações sobre o mecanismo de aclimatação ao estresse salino e revela bases de modulação no metabolismo primário em cultivares de arroz que poderão ser usados para seleção de genótipos e no melhoramento genético para obtenção de plantas mais tolerantes a estresses ambientais. |
Abstract: | Salinity affects the growth and development of rice plants. However, some cultivars display better maintenance of features compared to others. We hypothesized that differential metabolites allow rice plants to acclimate to saline stress avoiding production losses. Thus, the main goal of this work was to relate morphological and biochemical alterations with the modulation of primary metabolites and the network topologies impact of two rice cultivars, Esmeralda (ES) and São Francisco (SF), under saline stress. Hydroponic plants were grown in the absence and presence of 80 mM NaCl. Then, length, dry masses, chlorophylls, carotenoid contents, gas exchange, inorganic ions, lipid peroxidation, hydrogen peroxide, antioxidant enzymes, and metabolite profiles were measured. Data were analyzed using MetaboAnalyst and Cytoscape to multivariates and network correlations. Salt stress promoted reductions of growth, total chlorophyll, carotenoid, CO2 assimilation, and other photosynthetic traits in both cultivars but losses in the SF were lower than in ES. Otherwise, the lipide peroxidation, APX activity, and concentration of Na+ were higher in ES leaves, while SF exhibited higher K+/Na+ in both leaves and roots. Metabolomic identified 48 metabolites as sugars, amino acids, organic acids, and others. Principal component analysis (PCA) showed a clear separation among treatment profiles in both leaves and roots. There was a positive metabolite modulation, especially for SF leaves and roots after salt treatment, corroborated by the t-test. Orthogonal Partial Least Squares Discriminant (OPLS-DA) analysis revealed that in the ES most discriminating were glyceric acid, palatinose, and threonic acid that were positive in leaves while leucine, phenylalanine, and valine were positive in roots. For SF, arabinose, lysine, and mannose were the discriminants for leaves, and methionine, ornithine, and xylitol were the discriminants for roots. The effect of salt severely impacted the network of ES leaves, while SF exhibited higher density and heterogeneity. The networks from root metabolites had more density for both cultivars. The network that included sodium ion revealed several metabolites correlated, in which some of them were confirmed by t-test and OPS-DA. Overall, our data showed that ES presented a metabolic profile negatively impacted by salt stress whilst SF this impact had a positive effect in which several metabolites such as carbohydrates, amino acids, and organic acids were induced under salt treatment leading to a better performance in comparison to ES and corroborated physiological results. Thus, this study provides new insights into the mechanism of acclimatization to salt stress and indicates bases of modulation in primary metabolism in rice cultivars that can be used for genotype selection and genetic breeding programs to develop plants more tolerant to environmental stresses. |
URI: | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/70490 |
Aparece nas coleções: | DBBM - Dissertações defendidas na UFC |
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