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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/82657| Tipo: | Tese |
| Título: | Indução de tolerância ao estresse salino em plântulas de arroz por meio do pré-tratamento químico de sementes com tunicamicina |
| Título em inglês: | Induction of tolerance to salt stress in rice seedlings via seed chemical priming |
| Autor(es): | Oliveira, Francisco Dalton Barreto de |
| Orientador: | Carvalho, Humberto Henrique de |
| Palavras-chave em português: | Pré-tratamento;Tunicamicina;Antioxidantes;Arroz;Perfis metabólicos;Sementes - Fisiologia;Salinidade |
| Palavras-chave em inglês: | Seed priming;Tunicamycin;Antioxidants;Oryza sativa L.;Metabolic profiles |
| CNPq: | CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::BIOQUIMICA |
| Data do documento: | 2024 |
| Citação: | OLIVEIRA, Francisco Dalton Barreto de. Indução de tolerância ao estresse salino em plântulas de arroz por meio do pré-tratamento químico de sementes com tunicamicina. 2025. Tese (Doutorado em Bioquímica) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024. |
| Resumo: | A salinidade é um fator abiótico que representa um grave problema para as plantas, afetando processos bioquímicos e fisiológicos em culturas de interesse e, consequentemente, diminuindo sua biomassa e produtividade. O aumento do processo de salinização em áreas agricultáveis ao redor do mundo torna esse problema ainda mais preocupante. Sabe-se que o estresse salino induz o surgimento de estresses secundários, como o oxidativo (superprodução de EROs, espécies reativas de oxigênio) e o estresse do retículo endoplasmático (RE), caracterizado por um acúmulo de proteínas mal dobradas no lúmen do RE. Ambos podem acarretar morte celular programada se não mediadas a tempo, e assim, estratégias que sejam capazes de contorná-los se mostram cada vez mais necessárias. O condicionamento fisiológico de sementes com agentes químicos é uma boa alternativa que pode induzir a tolerância de plantas a estresses, uma vez que ativa mecanismos de defesa na semente, como a ativação de enzimas antioxidantes e metabólitos responsivos a estresses, como a salinidade, em culturas de interesse, como o arroz (Oryza sativa L.). Portanto, esse trabalho teve como objetivo testar a hipótese de que a tunicamicina (TM), um antibiótico natural e estressor específico do RE, é capaz de aliviar a toxicidade do sal durante o estabelecimento de plântulas de arroz, cv. SCSBRS 113, através da ativação de um eficiente sistema antioxidante e da modulação positiva de metabólitos primários e responsivos ao estresse salino. Esta tese de doutorado foi dividida em dois capítulos: O primeiro é uma fundamentação teórica acerca dos principais tópicos deste trabalho e o segundo capítulo, na forma de um artigo científico, descreve dois grandes experimentos: o primeiro compreendeu três screenings, a fim de se determinar as melhores concentrações de NaCl e TM para as análises posteriores, do segundo experimento, com concentrações crescentes de NaCl (0, 100, 150, 200, e 250 mM de NaCl,) e com concentrações fixas de TM (ou 0 ou 0,50 μg. mL-1 , screenings I e II, respectivamente), e o terceiro screening foi executado com concentrações crescentes de TM (0; 0,125; 0,250; 0,375 e 0,500 μg. mL-1 de TM) e uma fixa de NaCl (150 mM). O segundo grande experimento abrange as análises posteriores com quatro tratamentos, escolhidos a partir dos resultados dos screenings, uma série de ensaios como os conteúdos de pigmentos fotossintéticos (clorofilas a e b, clorofilas totais e carotenoides), de íons inorgânicos (K+ , Na+ , e Cl- ), e EROS (H2O2 e •O2 - ), bem como acúmulo de Na+ no citosol por microscopia confocal, vazamento de eletrólitos, potencial osmótico, peroxidação lipídica, atividades de enzimas antioxidantes (SOD, CAT, APX e GPOD) e o metaboloma de partes aéreas e raízes de plântulas de arroz com 10 DAT (dias após tratamento). Os resultados mostraram que o NaCl a 150 mM permitiu o estabelecimento da plântula, enquanto 0,25 μg.mL-1 de TM foi capaz de aliviar os efeitos da salinidade nos parâmetros de germinação e biomassa. Além do mais, plântulas condicionadas com TM, comparadas às não-condicionadas, sob estresse salino não só exibiram valores de massa seca, comprimento, pigmentos fotossintéticos, potencial osmótico, de conteúdo dos íons K+ e de atividades de enzimas antioxidantes aumentados, como também mostraram redução no vazamento de eletrólitos, redução do conteúdo dos íons Na+ e Cl- , assim como diminuição do acúmulo de Na+ nos tecidos, dos níveis de EROs e da peroxidação lipídica. Análises de metabolômica revelaram 40 metabólitos identificados, sendo 15 deles aminoácidos, 10 ácidos orgânicos, 11 carboidratos e 4 na categoria ―outros‖. O priming com TM, na parte aérea também modulou positivamente metabólitos de defesa à salinidade, como os osmoprotetores beta-alanina e maltose, enquanto que em raízes houve um maior acúmulo de ácido fosfórico e aminoácidos, como N-acetilserina e O-acetilserina, responsáveis pelos metabolismos de ferro e enxofre na célula, além da síntese de energia, e também dos açúcares maltose, sorbitol e rafinose, que não só fornecem energia para a célula, como também atuam como osmoprotetores, o que pode ter contribuído para redução dos efeitos da salinidade. Como conclusão, o condicionamento de sementes de arroz com TM aliviou o estresse severo de NaCl em plântulas de arroz, principalmente ao ativar enzimas antioxidantes e modular positivamente metabólitos primários e de defesa, que ajudaram a gerar energia, reduzir os teores de íons Na+ , e assim, provando ser uma estratégia promissora para mitigar o estresse salino. Este trabalho fornece perspectivas que podem levar a análises posteriores a fim se melhor compreender os mecanismos moleculares ativados por TM que levam à aclimatação ao estresse salino. |
| Abstract: | Salinity is an abiotic fator that represents a major problem for plants, affecting several biochemical and physiological processes in crops of interest, therefore decreasing their biomasses and yield, and the increase of salinization processes in arable lands makes it a concerning issue. It is also known that salt stress induces secondary stresses, such as the oxidative one (characterized by an overproduction of reactive oxygen species) and the endoplasmic reticulum (ER) one, which is represented by an accumulation of unfolded or misfolded proteins in the ER lumen. Both can lead to programmed cell death, so strategies that are able to overcome them prove to be necessary. Chemical seed priming is a good alternative to lead to plant tolerance to abiotic stresses, for it activates defense mechanisms in the seed, such as activation of antioxidante enzymes and positive modulation of stress- responsive metabolites in crops of importance, such as rice (Oryza sativa L.). Based on that, this work had as goal to test the hypothesis that tunicamycin (TM), a natural antibiotic and a specific ER stressor, is capable of alleviating salt toxicity during the establishment of rice seedlings, cv. SCSBRS 113, through activation of an efficient antioxidant system, Na+ exclusion of the cell and positively modulating primary and salt-responsive metabolites. This PhD thesis was divided in two chapters: the first one was a theorical foundation about the main topics of this work. The second one, in the form of a paper, to be submitted, describes two experiments, both with completely randomized designs. The first one comprised three screenings, in order to determine the best NaCl and TM concentrations for further analyses, with increasing NaCl concentrations (0, 100, 150, 200, and 250 mM NaCl) and fixed TM concentrations (either 0 or 0.50 μg . mL-1 , screenings I and II, respectively), and the third screening was performed with increasing TM concentrations (0, 0.125, 0.250, 0.375 and 0.500 μg. mL-1 TM) and one NaCl concentration (150 mM); the second experiment comprised further analyses with four treatments, a set of assays such as contents of photosynthetic pigments (chlorophyll a, chlorophyll b, total chlorophyll and carotenoids), inorganic ions (K+ , Na+ , and Cl- ), and ROS (H2O2 and •O2 - ) as well as Na+ accumulation in tissues by confocal microscopy, electrolyte leakage, osmotic potential, lipid peroxidation, antioxidant enzyme activities (such as SOD, CAT, APX and GPOD) and metabolomics of shots and roots of 10 DAT (days after treatment) rice seedlings, being chosen from the screenings. Results showed that 150 mM NaCl allowed seedling establishment while 0.25 μg.mL TM was able to alleviate salinity effects in germination and biomass parameters. Moreover, TM primed seedlings, compared to unprimed ones under salinity, not only displayed increased dry mass, length, photosynthetic pigments and K+ contents, osmotic potential and antioxidant enzyme activities, but also showed decreased electrolyte leakage, Na+ and Clcontents, ROS levels and lipid peroxidation. Metabolomics analyses revealed 40 identified metabolites, being 15 of them amino acids, 10 organic acids, 11 carbohydrates, and 4 others. TM-priming, in shoots, also modulated positively salt-defensive metabolites, such as the osmoprotectants beta-alanine and maltose, whereas in roots it had a higher accumulation of phosphoric acid, the amino acids o- acetylserine and N-acetylserine, responsible for Fe and S metabolisms in the cell such as energy synthesis, and also the sugars maltose, raffinose and sorbitol, which not only provide energy to the cell but also act as osmoprotectants, which might have led to a mitigation of salt effects. In conclusion, TM seed priming alleviated severe salt stress in rice seedlings by mainly activating antioxidant enzymes and also positively modulating defense metabolites that helped generate energy, sending Na+ ions out of the cell, therefore proving to be an efficient strategy to mitigate salt stress. This work provides insights that can lead to further analyses in order to better comprehend the molecular mechanisms activated by TM that lead to salt acclimation. |
| URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/82657 |
| Currículo Lattes do(s) Autor(es): | http://lattes.cnpq.br/9202185779475453 |
| Currículo Lattes do Orientador: | http://lattes.cnpq.br/4403320449355006 |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| Aparece nas coleções: | DBBM - Teses defendidas na UFC |
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