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Type: Tese
Title: Potencial biotecnológico da toxina da soja (SBTX) como uma ferramenta contra fungos
Authors: Morais, Janne Keila Sousa
Advisor: Vasconcelos, Ilka Maria
Keywords in Brazilian Portuguese : Fungos fitopatogênicos;Soja;Candida
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::BIOQUIMICA
Issue Date: 2010
Citation: MORAIS, Janne Keila Sousa. Potencial biotecnológico da toxina da soja (SBTX) como uma ferramenta contra fungos. 2010. Tese (Doutorado em Bioquímica) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2010.
Abstract in Brazilian Portuguese: A soja (Glycine max) é uma espécie de grande valor econômico para o Brasil dada a multiplicidade de uso de suas sementes na alimentação animal e indústria. Embora o Brasil seja o segundo maior produtor mundial de sementes, as perdas na produtividade em campo são ainda consideráveis, principalmente àquelas causadas por fungos fitopatogênicos, a despeito da existência de alternativas químicas para o controle dessas espécies e, de genótipos resistentes. Dessa forma, a busca por mecanismos naturais de resistência ambientalmente seguros é uma prática necessária para o controle de pragas e patógenos e melhoria na produtividade. Assim, o presente trabalho objetivou avaliar o potencial biotecnológico da SBTX como uma ferramenta para o controle de fungos fitopatogênicos de importância agronômica, bem como investigar o mecanismo de ação pelo qual essa proteína exerce sua atividade. SBTX (44 kDa) foi capaz de interferir no crescimento de hifas do fungo Cercospora kikuchii já na concentração de 50 pgP/mL. Todavia, essa proteína não inibiu a germinação dos esporos do Colletotrichum gloeosporioides, Phomopsis sp, e C. kikuchii mesmo na concentração de 200 pgP/mL. Uma vez que C. kikuchii é um fungo que ataca folhas de soja, a presença de SBTX nesses órgãos foi avaliada. Nas folhas de plantas jovens, foram detectados 35,08 ± 0,57 pg de SBTX/mgP, ao passo que em folhas adultas o teor observado foi de 18,60 ± 2,89 pg de SBTX/mgP. SBTX foi induzida 24 horas após a injúria mecânica de folhas (passando de 35,08 ± 0,57 pg de SBTX/mgP para 209 ± 2,38 pg de SBTX/mgP), funcionando como uma proteína de defesa. Tendo em vista o potencial biotecnológico dessa proteína no controle de fungos fitopatogênicos, este trabalho também visou a elucidação do mecanismo de ação da SBTX, utilizando leveduras como modelo. SBTX (200 pgP/mL) inibiu o crescimento de Candida albicans, mas não de Pichia membranifaciens e Candida parapsilosis. Entretanto, foram observadas alterações morfológicas caracterizadas como pseudohifas em P. membranifaciens e C. parapsilosis promovidas por SBTX (400 pgP/mL). A agregação de células foi cerca de dez vezes maior em P. membranifaciens e C. parapsilosis após incubação com SBTX, quando comparada ao controle. Ademais, SBTX causou permeabilização de membrana nessas células guiadas por "SYTOX Green" e inibiu em cerca de 27% a acidificação do meio estimulada por glucose em células de Saccharomyces cerevisiae. Células de P. membranifaciens tratadas com SBTX (400 µg/mL) apresentaram disrupção na parede celular, bem como condensação, retração do citoplasma fortemente granulado, além do aumento da vacuolização e perda da estrutura normal e do conteúdo citoplasmátìco_ Ao avaliar o padrão de expressão gênica de células de C. albicans, foi constatada a capacidade da SBTX em induzir a expressão de genes envolvidos em vários processos celulares, incluindo transporte de moléculas, metabolismo de carboidratos e de aminoácidos, ciclo e respiração celular, além de genes envolvidos em respostas às drogas e ao estresse. Dentre os genes induzidos, deve ser destacado o TUPI, que codifica um fator de transcrição capaz de reprimir a formação de pseudohifas, justificando, assim, a ausência dessas estruturas em C. albicans, mesmo em condições de estresse impostas pela SBTX. O mecanismo de inibição de SBTX em C. albicans aqui proposto é que a toxina pode ter atravessado a parede celular, acionado o sensor de glucose Hgt4 presente na membrana celular, comprometendo, assim, a sua assimilação, levando C. albicans a ativar outras rotas metabólicas como gliconeogênese, l3-oxidação e via de Leloir, além de ter interferido-nos níveis de outros componentes essenciais para a célula, tais como histonas, e RNA e de induzido a formação de espécies reativas de oxigênio.
Abstract: Soybean (Glycine max) is a species of great economic value for Brazil given the multiplicity of use of its seeds in animal feed and industry. Although Brazil is the second largest producer of seeds, the losses in productivity in the field are still considerable, especially those caused by pathogenic fungi, despite of the existence of alternatives to chemical control of these species and resistant genotypes. Thus, the search for natural mechanisms of resistance is an environmentally safe practice needed to control pests and pathogens and to improve the productivity. The present study aimed to evaluate the biotechnological potential of SBTX as a tool to control pathogenic fungi of agronomic importance, and to investigate the mechanism of action by which this protein exerts its activity. SBTX (44 kDa) was able to interfere with the growth of hyphae of the fungus Cercospora kikuchii at concentration of 50 pgP/mL. Nevertheless, this protein did not inhibit spore germination of Colletotrichum gloeosporioides, Phomopsis sp., and C. kikuchii even at a concentration of 200 pgP/mL. Since C. kikuchii is a fungus that attacks soybean leaves, the presence of SBTX in these organs was evaluated. In leaves of young plants were found 35,08 ± 0,57 pg of SBTX/mgP, whereas in mature leaves the content observed was 18,60 ± 2,89 pg of SBTX/mgP. SBTX was induced 24 hours after mechanical injury of leaves (from 35,08 ± 0,57 pg of SBTX/mgP to 209 ± 2.38 pg of SBTX/mgP), functioning as a defense protein. In view of the biotechnological potential of this protein in controlling pathogenic fungi, the present study also aimed to elucidate the mechanism of action of SBTX, using yeast as model. SBTX (200 pgP/mL) inhibited the growth of Candida albicans, but not the yeasts Pichia membranifaciens and Candida parapsilosis. However, morphological changes characterized as pseudohyphae were observed in P. membranifaciens and C. parapsilosis, promoted by SBTX (400 pgP/mL). The aggregation of cells was about ten times higher in P. membranifaciens and C. parapsilosis after incubation with SBTX compared to control. Moreover, SBTX caused membrane permeabilization in these cells guided by SYTOX Green and inhibited by about 27% the acidification stimulated by glucose in Saccharomyces cerevisiae cells. Cells of P. membranifaciens SBTX treated (400 mg/ mL) presented cell wall disruption, condensation and shrinkage of cytoplasm, in addition to increased vacuolation and loss of normal structure and cytoplasm content. Assessing the pattern of gene expression in cells of C. alb/cans was found in the ability of SBTX to induce the expression of genes involved in various cellular processes, including transport of molecules, metabolism of carbohydrates and amino acids, cycle and cellular respiration, as well as genes involved in responses to drugs and stress. Among the induced genes, must be reported to TUPI, which encodes a transcription factor capable of suppressing the formation of pseudohyphae, justifying the absence of such structures in C. albicans, even under stress conditions imposed by SBTX. The mechanism of inhibition of SBTX in C. albicans proposed here is that the toxin may have crossed the cell wall, activates the glucose sensor Hgt4 present in the cell membrane and compromisied, its assimilation, stimulating C. albicans to activate other metabolic pathways such as gluconeogenesis, beta-oxidation and Leloir pathway, and also interfered in the levels of other essential components to the cell, such as histones and RNA and induced the formation of reactive oxygen species.
Description in Brazilian Portuguese: Este documento está disponível online com base na Portaria nº 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/77800
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/5016368380650687
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/0103197383336584
Access Rights: Acesso Aberto
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