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Type: Tese
Title: Metabolic changes in local and systemic cowpea [Vigna unguiculata (L.) Walp.] leaves induced by cowpea severe mosaic virus infection
Title in English: Metabolic changes in local and systemic cowpea [Vigna unguiculata (L.) Walp.] leaves induced by cowpea severe mosaic virus infection
Authors: Bret, Raissa Souza Caminha
Advisor: Daloso, Danilo de Menezes
Co-advisor: Alves, Murilo Siqueira
Keywords in Brazilian Portuguese : Marcação ¹³C;Vigna unguiculata;CPSMV;Metabolômica;Shikimato;Mosaico severo do feijão-caupi;Bioquímica vegetal
Keywords in English : ¹³C-labelling analysis;Vigna unguiculata;CPSMV;Metabolomics;Shikimate
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::BIOQUIMICA
Issue Date: 2023
Citation: BRET, Raissa Souza Caminha. Metabolic changes in local and systemic cowpea [Vigna unguiculata (L.) Walp.] leaves induced by cowpea severe mosaic virus infection. 2024. 133 f. Tese (Doutorado em Bioquímica) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
Abstract in Brazilian Portuguese: A suscetibilidade das plantas a doenças é um fenômeno complexo e regulado por mecanismos específicos de reconhecimento do patógeno e respostas de sinalização dentro da célula vegetal, que culminam em uma interação compatível ou incompatível entre o patógeno e a planta. Apesar da importância em entender os mecanismos pelos quais as plantas podem tolerar o ataque de um patógeno, o conhecimento dos fatores genéticos e bioquímicos que estão envolvidos na interação planta-patógeno ainda é escasso. Além disso, embora os mecanismos moleculares de percepção do vírus estejam relativamente bem documentados, as respostas metabólicas à infecção viral permanecem pouco compreendidas, especialmente no feijão-de-corda (Vigna unguiculata (L.) Walp.), no qual as respostas metabólicas à infecção viral não foram investigadas ainda. O feijão-de-corda é um importante alimento básico para regiões secas, mas a infecção por vírus pode diminuir a produção em até 85%, representando um grande gargalo para o cultivo do feijão-de-corda. Aqui, objetivamos investigar as respostas metabólicas dos genótipos de feijão-de-corda macaibo e pitiuba à infecção causada pelo vírus do mosaico severo do feijão-de-corda (CPSMV). Esses genótipos foram previamente caracterizados como resistente (macaibo) e susceptível (pitiuba) ao CPSMV. Uma extensa caracterização metabólica foi realizada usando folhas diretamente infectadas com CPSMV (folhas locais) e aquelas do mesmo trifolíolo (folhas sistêmicas), com o objetivo de identificar como a infecção por CPSMV influencia o metabolismo de folhas diretamente infectadas e adjacentes ao local da infecção. Análises metabolômicas foram realizadas usando cromatografia gasosa e líquida acoplada a espectrômetros de massa (GC-MS, LC-MS) para análise de perfil de metabólitos de metabólitos primários e análise de fingerprinting metabólica de metabólitos secundários. Nossos resultados mostraram que o metabolismo das folhas locais é substancialmente alterado pela infecção por CPSMV no nível do metabolismo primário, mesmo no genótipo resistente (macaibo). Notavelmente, a infecção por CPSMV alterou a dinâmica dos metabólitos primários nas folhas de macaibo, o que resulta em uma nova homeostase metabólica, mas mantém a estabilidade tanto da rede metabólica primária quanto do nível de metabólitos secundários. Além disso, mostramos que o metabolismo das folhas de macaibo e pitiuba difere substancialmente mesmo na ausência de infecção por CPSMV. Além de fornecer informações importantes sem precedentes sobre as respostas metabólicas de plantas de feijão-de-corda à infecção por CPSMV, nossos resultados destacam coletivamente que as respostas metabólicas à infecção por CPSMV diferem substancialmente entre genótipos de feijão-de-corda resistente e suscetível, nos quais um maior fluxo metabólico constitutivo em direção ao shikimato é observado em macaibo, quando comparado à pitiuba, e um menor fluxo metabólico do piruvato para o ciclo do TCA é observado na infecção por CPMSV em macaibo.
Abstract: The susceptibility of plants to diseases is a complex phenomenon and regulated by specific mechanisms for recognition of the pathogen and signalling responses within the cell, which culminate in a compatible or incompatible interaction between the pathogen and the plant. Despite the importance in understanding the mechanisms by which plants can tolerate a pathogen attack, the knowledge of the genetic and biochemical factors that are involved in the plant-pathogen interaction is still scarce. Furthermore, although the molecular mechanisms for virus perception are relatively well-documented, the metabolic responses to viral infection remain poorly understood, especially in cowpea (Vigna unguiculata (L.) Walp.) in which the metabolic responses to virus infection has not been investigated yet. Cowpea is an important staple food for dry regions, but virus infection can decrease yield by up to 85%, representing a major bottleneck for cowpea cultivation. Here, we aimed to investigate the metabolic responses of macaibo (resistant) and pitiuba (susceptible) cowpea genotypes to infection caused by cowpea severe mosaic virus (CPSMV). An extensive metabolic characterization was performed using leaves directly infected with CPSMV (local leaves) and those from the same trifoliate (systemic leaves), aiming to identify how CPSMV infection influences the metabolism of directly infected leaves and those adjacent to the site of infection. Metabolomics analyses were performed using gas and liquid chromatography coupled to mass spectrometers (GC-MS, LC-MS) for metabolite profiling analysis of primary metabolites and metabolic fingerprinting analysis of secondary metabolites, respectively. Our results showed that the metabolism of local leaves is substantially altered by CPSMV infection at primary metabolism level, even in the resistant (macaibo) genotype. Notably, CPSMV infection altered the dynamic of primary metabolites in macaibo leaves, which results in a new metabolic homeostasis but maintain the stability of both the primary metabolic network and the level of secondary metabolites. We further showed that the metabolism of macaibo and pitiuba leaves differ substantially even in the absence of CPSMV infection. Beyond providing unprecedented important information on the metabolic responses of cowpea plants to CPSMV infection, our results collectively highlight that the metabolic responses to CPSMV infection differ substantially between resistant and susceptible cowpea genotypes, in which a higher constitutive metabolic flux toward shikimate is observed in macaibo, when compared to pitiuba, and a lower metabolic fluxes from pyruvate to the TCA cycle is observed upon CPMSV infection in macaibo
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/78486
Author's ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8541-7459
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/9442753391363456
Advisor's ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1842-420X
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/0306680503261422
Co-advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/8216921216597311
Access Rights: Acesso Aberto
Appears in Collections:DBBM - Teses defendidas na UFC

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