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Tipo: Tese
Título : Bases bioquímicas e moleculares para tolerância ao estresse salino em cultivares de arroz
Título en inglés: Biochemical and molecular bases for salt stress tolerance in rice cultivars
Autor : Gadelha, Cibelle Gomes
Tutor: Gomes Filho, Enéas
Palabras clave : Salinidade;Aclimatação;Oryza sativa;Expressão gênica;Homeostase iônica
Fecha de publicación : 2020
Citación : GADELHA, Cibelle Gomes. Bases bioquímicas e moleculares para tolerância ao estresse salino em cultivares de arroz. 2020. 129f. Tese (Doutorado em Bioquímica) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2020
Resumen en portugués brasileño: O arroz (Oryza sativa) é uma gramínea que se destaca por ser um dos cereais mais consumidos no mundo. Por conta do crescimento da população mundial e da demanda por alimentos, qualquer cenário que cause perda de produtividade nessa cultura, gera impactos econômicos graves. Desse modo, a salinidade dos solos e da água de irrigação constitui fator limitante para o cultivo de arroz, uma vez que prejudica vários de seus processos fisiológicos e afeta negativamente o crescimento e o desenvolvimento vegetal. Entretanto, a extensão dessa sensibilidade é genótipo-dependente e algumas cultivares dispõem de mecanismos que as permitem se aclimatar ao estresse salino e assim evitar grandes prejuízos em sua produção. Assim, o objetivo desse trabalho foi investigar como o estresse salino influencia o metabolismo de diferentes cultivares de arroz, estabelecendo conexões entre as alterações no crescimento e na eficiência fotossintética e os mecanismos iônicos, osmóticos e oxidativos envolvidos na tolerância e na susceptibilidade ao estresse salino. Para isso, estabeleceram-se duas etapas experimentais. Na primeira, foram avaliados o crescimento, as trocas gasosas e o acúmulo de íons em cinco cultivares de arroz (BRS Pepita, BRS Sertanejo, BRS Esmeralda, BRS São Francisco e BRS Primavera) a fim de determinar quais delas eram mais sensíveis ou tolerantes ao estresse salino. Os resultados mostraram que o estresse salino promoveu reduções severas no crescimento das plantas, contudo, na cultivar BRS São Francisco, essas reduções pela salinidade foram menores, além dessa cultivar apresentar maiores taxas de assimilação de CO2 e menor acúmulo de Na+ nos tecidos. De modo oposto, a cultivar BRS Esmeralda foi aquela que mais sofreu com os danos causados pela salinidade. Após isso, a segunda etapa teve por finalidade comparar e explicar as respostas fisiológicas, bioquímicas, morfológicas e moleculares das cultivares BRS Esmeralda (considerada mais sensível à salinidade) e BRS São Francisco (mais tolerante à salinidade) quando submetidas ao estresse salino. Confirmando os achados da etapa 1, a cultivar BRS São Francisco foi mais eficiente em reduzir os efeitos adversos da salinidade no crescimento e nas trocas gasosas. Sob estresse salino, essa cultivar apresentou maior eficiência quântica efetiva de PSII, maior coeficiente de extinção fotoquímico e maior taxa de transporte de elétrons. Por outro lado, o excesso de energia relativa do PSII e o coeficiente de extinção não-fotoquímico foram menores em comparação à cultivar BRS Esmeralda sob salinidade. Embora a salinidade tenha promovido um aumento significativo nos teores de Na+ e Cl-, principalmente na cultivar BRS Esmeralda, os efeitos nocivos foram menos agressivos na cultivar mais tolerante. A regulação positiva das expressões dos genes SOS e NHX revelou que essa cultivar possui mecanismos de controle da acumulação de Na+ no citosol. A capacidade fotossintética reduzida e os efeitos citotóxicos do Na+ causaram danos à ultraestrutura dos cloroplastos na cultivar mais sensível. O excesso de sais promoveu também o aumento nos teores de H2O2 e de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS), os quais foram em parte atenuados na cultivar BRS São Francisco. Apesar disso, a atividade das enzimas antioxidativas e o conteúdo de ascorbato e glutationa foram dependentes do tempo de exposição ao estresse, do órgão e da cultivar analisados, e apenas o aumento de atividade da peroxidase do ascorbato (em raízes) parece ter sido um mecanismo de aclimatação ao excesso de sais utilizado pela cultivar BRS São Francisco. Em adição, a síntese de solutos compatíveis também foi inconsistente, não havendo correlação entre o acúmulo de solutos orgânicos (que poderia contribuir para o ajustamento osmótico), e a tolerância ou susceptibilidade da cultivar ao estresse salino. Baseado nos resultados obtidos, conclui-se que a tolerância ao estresse salino envolve alterações multifatoriais e que a maior capacidade de sobrevivência da cultivar BRS São Francisco parece estar mais relacionada à exclusão e compartimentalização de Na+ e à aumentada capacidade fotossintética e menos às homeostases osmóticas e oxidativas.
Abstract: Rice (Oryza sativa) is a grass that stands out for being one of the most consumed cereals in the world. Due to the world population growth and the food demand, any scenario that causes loss of productivity in this crop generates serious economic impacts. Thus, salinity of soils and irrigation water is a limiting factor for rice cultivation, as it impairs many of its physiological processes and negatively affects plant growth and development. However, the extent of this sensitivity is genotype-dependent and some cultivars have mechanisms that allow them to acclimate to salt stress and thus avoid major losses in their production. Thus, the objective of this work was to investigate how salt stress influences the metabolism of different rice cultivars, establishing connections between changes in growth and photosynthetic efficiency and ionic, osmotic and oxidative mechanisms involved in salt stress tolerance and susceptibility. For this, two experimental steps were established. In the first one, growth, gas exchange and ion accumulation were evaluated in five rice cultivars (BRS Pepita, BRS Sertanejo, BRS Esmeralda, BRS São Francisco and BRS Primavera) in order to determine which are more salt stress sensitive or tolerant. The results showed that salinity promoted severe reductions in plant growth, however, a better biomass production was observed in BRS São Francisco, which coincided with higher CO2 assimilation rates and lower Na+ accumulation in this cultivar. Conversely, the cultivar BRS Esmeralda was the one that suffered the most from the damage caused by salinity. After that, the second stage aimed to compare and explain the physiological, biochemical, morphological and molecular responses of the cultivars BRS Esmeralda (more sensitive to salinity) and BRS São Francisco (more tolerant to salinity) when subjected to saline stress. Confirming the findings of step 1, the cultivar BRS São Francisco was efficient in reducing the adverse effects of salinity on growth and gas exchange. In addition, under saline stress, the leaves of cultivar BRS São Francisco presented higher effective quantum efficiency of PSII, higher photochemical extinction coefficient and higher electron transport rate, while the relative excess energy in PSII and the non-photochemical quenching were reduced compared to BRS Esmeralda cultivar. Although salinity promoted a significant increase in Na+ and Cl- levels, mainly in BRS Esmeralda cultivar, the harmful effects were less aggressive in the more tolerant cultivar. Positive regulation of SOS and NHX gene expressions revealed that this cultivar has mechanisms to control Na+ accumulation in cytosol. Reduced photosynthetic capacity and cytotoxic effects of Na+ caused damage to chloroplasts ultrastructure in the sensitive cultivar. The excess of salts also promoted the increase in the levels of H2O2 and thiobarbituric acid reactive substances (TBARS), which were partially attenuated in the cultivar BRS São Francisco. Nevertheless, the antioxidant enzymes activity and the content of ascorbate and glutathione were dependent on the time of stress exposure, organ and cultivar analyzed, and only the increase in ascorbate peroxidase activity (in roots) seems to have been a mechanism of acclimatation to excess salts used by the cultivar BRS São Francisco. In addition, the synthesis of compatible solutes was also inconsistent, with no correlation between the accumulation of organic solutes (which could contribute to osmotic adjustment), and the tolerance or susceptibility of the cultivar to saline stress. Based on these results, it can be concluded that salt stress tolerance involves multifactorial alterations and that the higher survivability of cultivar BRS São Francisco seems to be more related to Na+ exclusion and compartmentalization and to increased photosynthetic capacity and less to osmotic and oxidative homeostasis.
URI : http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/58281
Aparece en las colecciones: DBBM - Teses defendidas na UFC

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