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Type: Dissertação
Title: Análise fisiológica e proteômica de plantas de sorgo sob estresse salino e nutridas com diferentes fontes de nitrogênio
Title in English: Physiological and Proteomical Analysis of Sorghum Plants under Salt Stress and Grown in Different Nitrogen Sources
Authors: Oliveira, Francisco Dalton Barreto de
Advisor: Gomes Filho, Enéas
Keywords: Crescimento;Estresse salino;Fotossíntese;Íons inorgânicos;Nutrição nitrogenada;Perfil proteico;Sorghum bicolor;Tolerância
Issue Date: 2017
Citation: OLIVEIRA, Francisco Dalton Barreto de. Análise fisiológica e proteômica de plantas de sorgo sob estresse salino e nutridas com diferentes fontes de nitrogênio. 2017. 104 f. Dissertação (Mestrado em Bioquímica) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017.
Abstract in Brazilian Portuguese: A salinidade é um fator abiótico que acarreta danos significativos à produtividade de inúmeras culturas em todo o mundo, principalmente nas regiões áridas e semiáridas, como é o caso do Nordeste brasileiro. Nesse quadro, a busca por estratégias de cultivo e a elucidação de mecanismos de tolerância a esse estresse têm se tornado cada vez mais importantes para a produção agrícola em solos salinos. Nos últimos anos, tem sido demonstrado que o fornecimento de amônio (NH4+), como fonte de nitrogênio, ativa mecanismos cruciais para a aclimatação de plantas de sorgo ao estresse salino. No presente estudo, foi conduzida uma investigação detalhada do proteoma de plantas de sorgo forrageiro (Sorghum bicolor L. Moench), genótipo CSF20, submetidas ao estresse salino e nutridas com nitrato (NO3-) ou NH4+, buscando identificar proteínas responsivas à salinidade e correlacioná-las com os mecanismos de tolerância ao estresse. A apresentação desse trabalho foi dividida em dois capítulos: no primeiro, Capítulo I, é apresentada uma revisão de literatura com o estado da arte dos principais temas abordados ao longo do estudo; e no segundo, Capítulo II, o qual se encontra na forma de um artigo completo para submissão, são apresentados os dados de crescimento, as respostas fisiológicas e o estudo proteômico das folhas das plantas de sorgo. Os resultados demonstraram claramente que as plantas de sorgo nutridas com NH4+ apresentaram melhor desempenho sob estresse salino que as nutridas com NO3-, dados os maiores valores de biomassa, tais como área foliar, massa seca da parte aérea e das raízes. A maior sensibilidade das plantas tratadas com NO3- foi associada a decréscimos nas massas secas de raízes e partes aéreas, acúmulo excessivo de Na+ e baixa relação K+/Na+ nos tecidos. O estudo proteômico revelou que um grande de número de proteínas foi modulado diferencialmente pelo estresse salino e que essa regulação foi bastante influenciada pela fonte de nitrogênio. De maneira geral, 115 proteínas apresentaram algum tipo de alteração pelo estresse, tanto pelo aumento ou redução na abundância, como pela repressão ou síntese de novo. Sob estresse salino, plantas nutridas com NO3- apresentaram regulação em 67 proteínas, sendo 28 reguladas positivamente, 23 moduladas negativamente, 6 reprimidas e 10 sintetizadas de novo. A identificação, por LC-ESI-MS-MS, das proteínas alteradas pela salinidade revelou que essas moléculas estão envolvidas principalmente com o processo fotossintético/metabolismo do carbono (52%), o metabolismo energético (21%), a resposta ao estresse (9%), ao sistema de defesa antioxidativo (5%) e a outros processos celulares (13%). Em contraste, plantas nutridas com NH4+ mostraram alteração na expressão de 53 proteínas, sendo 25 reguladas positivamente pela salinidade, 10 moduladas negativamente, 4 reprimidas e 14 sintetizadas de novo. Desse total de proteínas, 42% estão relacionadas com o processo fotossintético/metabolismo do carbono, 28% com o metabolismo energético, 13% com a resposta ao estresse, 2% com o sistema antioxidativo e 15% a outros processos celulares. A comparação do perfil proteico das plantas sob estresse salino (NO3- sal × NH4+ sal) mostrou que 35 proteínas foram expressas diferencialmente nas folhas; sendo 13 com maior abundância nos tecidos das plantas nutridas com NH4+, 11 mais abundantes naquelas tratadas com NO3-, 8 exclusivas do tratamento com NH4+ e 3 específicas do tratamento com NO3-. Os dados sugerem que, sob salinidade, o melhor desempenho das plantas tratadas com NH4+ está associado não somente à expressão de proteínas de resposta ao estresse, mas também ao acionamento de um metabolismo energético mais eficiente, o qual fornece energia para os mecanismos de defesa das plantas. Tais respostas possibilitam a manutenção da eficiência da maquinaria fotossintética e são fundamentais para a maior tolerância ao estresse salino. Os achados do presente estudo fornecem indícios de como a modulação do proteoma pode resultar em uma melhor aclimatação ao estresse salino. Esses resultados proporcionam novas perspectivas para o desenvolvimento de estratégias biotecnológicas a fim de se adquirir genótipos mais tolerantes à salinidade
Abstract: Salinity is an abiotic stress that causes significant damages to several crops yield around the world, especially in arid and semiarid regions, like the Brazilian Northeast. In this context, a search for cultivation strategies and the elucidation of the mechanisms of tolerance to that stress have become more and more important for agricultural production in saline soils. Lately, it has been shown that ammonium (NH4+) provided as nitrogen source activates pivotal mechanisms to the acclimation of sorghum plants to salt stress. In this work a detailed investigation in the proteome of forage sorghum (Sorghum bicolor L. Moench) genotype CSF20 under salt stress and fed with either nitrate (NO3-) or NH4+ was performed, aiming to identify salt-responsive proteins and correlate them with tolerance mechanisms to the stress. The presentation of this work was divided in two chapters. The first one, chapter I, exhibits a review with the state-of-the-art of the main subjects addressed throughout the study. In chapter II, in the form of article, growth data, physiological responses and the proteomic study of leaves of sorghum plants are presented. The results clearly demonstrated that NH4+-fed sorghum plants displayed better performance under salt stress than those ones supplied with NO3-, given higher biomass values, such as leaf area and root and shoot dry mass. The greater sensitivity of nitrate-grown plants was associated with massive decreases in roots and shoots dry masses, excessive Na+ accumulation and low K+/Na+ ratio in tissues. The proteomic study revealed that a large number of proteins are differentially modulated by salt stress, and this regulation is highly influenced by the nitrogen source. In general, 115 proteins underwent some sort of alteration in reponse to the stress, like increase or decrease in the abundance, repression or de novo synthesis. Under salt stress, NO3--fed plants showed regulation in 67 proteins being 28 positively regulated, 23 negatively regulated, 6 repressed and 10 de novo synthesized. The identification of these proteins by LC-ESI-MS-MS revealed that they are involved mainly in carbon/photosynthetic metabolism (52%), energetic metabolism (21%), response to stress (9%) antioxidant defense system (5%) and other cellular processes (13%). In contrast, NH4+-grown plants displayed alteration in the expression of 53 proteins, being 25 positively salt-regulated, 10 negatively regulated, 4 suppressed and 14 de novo synthesized. Out of this total of proteins, 42% are associated with carbon/photosynthetic metabolism, 28% with energetic metabolism, 13% with response to stress, 2% with the antioxidant defense system and 15% other cellular processes. The comparison of the protein profile of plants under salt stress (NO3- salt × NH4+ salt) showed that 35 proteins are differentially expressed in leaves, being 13 with greater abundance in tissues of NH4+-fed plants, 11 in those grown with NO3-, 8 NH4+-growth exclusive and 3 NO3- -treated specific. Data suggest that, under salinity, the better performance of NH4+ is related not only to the expression of stress-responsive proteins, but also to the activation of a more efficient energetic metabolism, which provides energy to defense mechanisms of those plants. Such results allow the maintenance of the photosynthetic apparatus efficiency and are crucial for the greater tolerance to salt stress. These findings give signs of how proteome modulation can result in a better acclimation to salt stress. The results offer new perspectives to the development of biotechnological strategies in order to acquire more salt-tolerant genotypes.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/40968
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