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Type: Dissertação
Title: Modulação metabólica em variedades contrastantes de sorgo induzidas pelo estresse do retículo endoplasmático
Title in English: Metabolic modulation in contrasting varieties of sorghum induced by endoplasmic reticulum stress
Authors: Cavalcante, Francisco Lucas Pacheco
Advisor: Carvalho, Humberto Henrique de
Co-advisor: Gomes Filho, Enéas
Keywords: Estressses abióticos;Metabolômica;Sorghum bicolor;Tunicamicina
Issue Date: 2021
Citation: CAVALCANTE, Francisco Lucas Pacheco. Modulação metabólica em variedades contrastantes de sorgo induzidas pelo estresse do retículo endoplasmático. 2021. 74 f. Dissertação (Mestrado em Bioquímica) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2021.
Abstract in Brazilian Portuguese: O sorgo (Sorghum bicolor (L.) Moench) é uma importante cultura de cereal nativo do continente africano e pertencente à família Poaceae. É o quinto cereal mais produzido no mundo e, no ponto de vista agronômico, este crescimento é explicado, principalmente, pelo alto potencial de produção de grãos e matéria seca da cultura. No entanto, como todo organismo vivo, o sorgo pode ser afetado por estresses abióticos e bióticos que comprometem sua produtividade. Diversas respostas frente às condições desfavoráveis são moduladas pelas plantas, como por exemplo, os ajustes morfofisiológicos e moleculares, além da indução da via de resposta às proteínas mal dobradas que ocorre no retículo endoplasmático (RE). De fato, o RE se apresenta como uma organela chave para a sobrevivência das plantas frente a estresses. Dessa forma, foi desenvolvida uma revisão que inclui os avanços no conhecimento da resposta do RE induzida pelos tratamentos com tunicamicina (TM) e ditiotreitol (DTT), especialmente seus efeitos fisiológicos a jusante a fim de ajudar a elucidar possíveis mecanismos de ajuste aos estresses ambientais e os mecanismos de adaptação para sobrevivência ou morte. Em seguida, para complementar o entendimento das diversas respostas aos estresses, realizou-se um estudo envolvendo a metabolômica, uma ciência multidisciplinar que oferece possibilidades únicas de decodificar modulações metabólicas por uma abordagem que vai além do transcriptoma e do proteoma, geralmente utilizadas. A eficiência do RE em lidar com o acúmulo de proteínas mal dobradas é fundamental para a sobrevivência das plantas em qualquer situação de estresse. Portanto, se torna relevante identificar genótipos que apresentem diferentes respostas fisiológicas, bioquímicas e moleculares em relação aos níveis de sensibilidade ao estresse. Diante disso, o objetivo desta pesquisa foi avaliar alterações nos perfis metabólicos de duas variedades de sorgo, CSF18 e CSF20, sob estresse do RE induzido por concentrações crescentes de tunicamicina. Os resultados demonstraram que o estresse induziu uma redução do crescimento, principalmente da raiz. A menor concentração de TM induziu uma maior peroxidação lipídica em ambas as variedades. Os resultados do Score plot indicaram uma separação dos tratamentos TM com o grupo controle. Notou-se uma modulação negativa de metabólitos chaves na CSF18 e positiva modulação deles na CSF20, a qual apresentou uma melhor performance frente ao estresse, relacionado a um significativo aumento de carboidratos e ácidos orgânicos.
Abstract: Sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench) is an important cereal crop native to the African continent and belonging to the Poaceae family. It is considered the fifth most-produced cereal in the world and, from the agronomic point of view, this growth is mainly explained by the high potential of grain production and dry matter of the crop. However, like any living organism, sorghum can be affected by abiotic and biotic stresses that compromise its productivity. Several responses to unfavorable conditions are modulated by plants, such as morphophysiological and molecular adjustments, in addition to the induction of the poorly unfold protein response pathway that occurs in the endoplasmic reticulum (ER). In fact, ER presents itself as a key organelle for the survival of plants in the face of stress. Thus, a review was developed that includes advances in the knowledge of the ER response induced by treatments with tunicamycin (TM) and dithiothreitol (DTT), especially their physiological effects downstream in order to help elucidate possible mechanisms of adjustment to environmental stresses from the mechanisms of adaptation for survival or death. Then, to complement the understanding of the various responses used in the face of stresses, a study was carried out involving metabolomics, multidisciplinary science that offers unique possibilities to decode metabolic modulations through an approach that goes beyond the transcriptome and the proteome. The efficiency of the ER in dealing with the accumulation of poorly folded proteins is fundamental for the survival of the plants in any situation of stress. Therefore, it is relevant to identify genotypes that present different physiological, biochemical, and molecular responses in relation to the levels of sensitivity to stress. Therefore, the aim of this research was to evaluate changes in the metabolic profiles of two varieties of sorghum seedlings, CSF18 and CSF20, under endoplasmic reticulum (ER) stress-induced by increasing tunicamycin concentrations. The results showed that stress-induced a reduction in growth, mainly of the root. The lower concentration of TM induced the highest lipid peroxidation of both varieties. The Score plot results indicated a separation of the TM treatments with control There was a negative modulation of key metabolites in CSF18 and a positive modulation of them in CSF20, which performed better in the face of stress, related to a significant increase in carbohydrates and organic acids.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/58132
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