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Tipo: Tese
Título: Caracterização fisiológica, bioquímica e molecular da germinação de sementes de mamona (Ricinus communis L.) sob estresses salino e osmótico
Título(s) alternativo(s): Physiological, biochemical, and molecular characterization of castor (Ricinus communis L.) seed germination under saline and osmotic stresses
Autor(es): Cunha, Diego da Silva
Primeiro Orientador: Castro, Renato Delmondez de
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Gomes Neto, Valdir
metadata.dc.contributor.referee1: Castro, Renato Delmondez de
metadata.dc.contributor.referee2: Chinalia , Fabio Alexandre
metadata.dc.contributor.referee3: Silva-Mann, Renata
metadata.dc.contributor.referee4: Jesus, Paulo Roberto Ribeiro de
metadata.dc.contributor.referee5: Severino, Liv Soares
Resumo: Ricinus communis L. (Euphorbiaceae) é uma espécie vegetal industrial, conhecida como mamona, a qual se destaca no cenário nacional e internacional pelo óleo produzido em suas sementes, e amplamente demandado pela chamada indústria ricinoquímica e de biocombustíveis. Além dos múltiplos usos comerciais e industriais, possui importância socioeconômica nas regiões semiáridas do Brasil, dentre outras localidades do mundo. Contudo, regiões semiáridas apresentam condições ambientais adversas de estresses abióticos, envolvendo baixa precipitação em períodos curtos de chuva e solos salinos, geralmente associados a temperaturas elevadas. As condições de restrição hídrica (seca) e salinidade são fatores que limitam a absorção de água e promovem subsequente estresse oxidativo resultante da geração de espécies reativas de oxigênio (ERO), tais como o ânion superóxido (O2 •- ), radical hidroperoxila (HO2 - ), radical hidroxila (OH- ), peróxido de hidrogênio (H2O2) e oxigênio singleto, (·O2), os quais em concentrações elevadas podem comprometer o metabolismo dos processos germinativos, e de crescimento e desenvolvimento de plântulas e plantas adultas, comprometendo a produtividade, podendo também ocasionar a morte das plantas. Os estádios de embebição e germinação das sementes e crescimento inicial de plântulas (mudas) constitui a fase mais crítica do ciclo de vida das plantas superiores durante os quais a disponibilidade hídrica é essencial. Ao passo que tem sido relatada a atividade de enzimas removedoras de ERO sob condições de restrição hídrica, tais como as enzimas superóxido dismutase (SOD), ascorbato peroxidase (APX), catalase (CAT) dentre outras, as quais atuam como eficientes mecanismos de desintoxicação de ERO, e que podem constituir marcadores moleculares para a elucidação de sobrevivência ou tolerância atrelados ao metabolismo germinativo e de crescimento de plântulas sob restrição hídrica. Diante disso, a presente proposta vislumbra a melhor compreensão acerca dos mecanismos envolvidos na resposta da mamona aos estresses abióticos por restrição hídrica e estresse salino a nível fisiológico, relacionados a enzimas antioxidantes por estudos bioquímicos e moleculares. Foi desenvolvida uma REVISÃO DE LITERATURA onde foi identificado estudos sobre os avanços em pesquisas relacionadas ao cultivo de mamona sob estresses abióticos por restrição hídrica e estresse salino, germinação e estádios iniciais de desenvolvimento de plântulas e enzimas antioxidantes, destacando as enzimas superóxido dismutase (SOD), ascorbato peroxidase (APX) e catalase (CAT). No CAPÍTULO 1 realizamos a caracterização biométrica de duas cultivares de R. communis (BRS Nordestina e BRS Paraguaçu), notamos que as sementes da Cultivar BRS Paraguaçu são maiores que as BRS Nordestina, o que pode estar relacionado com a maior absorção de água observada para as sementes dessa cultivar. Através dos estudos de embebição em restrição hídrica (PEG) e salina (NaCl) observamos que existe uma diferença na capacidade de restrição hídrica para essas duas soluções no mesmo potencial osmótico, onde para a embebição por PEG a -0.23 MPa houve uma drástica diminuição na absorção de água, inibindo o ciclo celular e o processo de germinação enquanto na embebição por NaCl ocorreu apenas um leve atraso na absorção de água comparado ao controle. A embebição em potenciais leves de NaCl (-0.23 MPa) pode estimular uma maior atividade da enzima antioxidante SOD, enquanto para a embebição em PEG devido a severa restrição hídrica a atividade da enzima SOD foi menor que o controle. No CAPÍTULO 2 realizamos a caracterização da família de genes que codificam para a enzima Ascorbato peroxidase (APX) em mamona, foram encontrados 6 genes putativos RcAPX, através de análise filogenética identificamos os genes ortólogos em outras angiospermas onde classificamos os genes APX de acordo a localização intracelular (Citosol, plastídeo e peroxissomos). Observamos que os genes RcAPX possuem grande número de éxons/íntrons além de compartilharem motifs conservados. Foi observado um aumento da atividade total da enzima APX a partir de 48 h de embebição (pós-germinativo) em água (controle) e em NaCl -0.23 MPa (restrição osmótica salina) em ambas as cultivares avaliadas (Nordestina e Paraguaçu), enquanto a embebição em solução de PEG -0.23 MPa (restrição osmótica inerte) reprimiu a atividade da APX. No CAPÍTULO 3 caracterizamos a família de gene Catalase (CAT), identificamos 2 genes putativos RcCAT preditos para a localização intracelular peroxissomo, a partir de comparação filogenética encontramos genes ortólogos em outras angiospermas onde observamos a classificação em três grupos. Encontramos diferenças na estrutura do gene e na ordem de motifs para o gene RCAT2 comparado aos genes CAT de angiosperma. Através da análise de elementos regulatórios na região promotora destes genes identificamos possíveis formas de regulação relacionadas a estresses bióticos e abióticos, assim como hormônios vegetais como ABA. Por fim, a atividade enzimática da catalase demonstrou ser modulada de acordo com o tempo de desenvolvimento, estresse durante a germinação e cultivar. Os resultados contribuem para o melhor entendimento dos efeitos dos estresses por restrição hídrica e salina em mamona, além de contribuir para caracterização de família de genes que codificam para enzimas antioxidantes importantes nas respostas das sementes a condições de estresses abióticos.
Abstract: Ricinus communis L. (Euphorbiaceae), known as castor, is a species that stands out in the national and international scenario for the oil extracted from its seeds which is widely demanded by by the global bioindustries. In addition to its multiple commercial and bioindustrial uses, it has socioeconomic importance in the semiarid regions of Brazil and global wide. However, semiarid regions have adverse environmental conditions such as short periods of rain and soils with saline levels. Conditions that limit water absorption and promote greater generation of reactive oxygen species (ROS), such as superoxide anion-O2, hydroperoxyl-HO2 radical, hydroxyl-OH radical, hydrogen peroxide-H2O2 and singlet oxygen, 1O2, compromising the germinative processes, growth, and development of seedlings, reduce productivity and can lead to plant death. During the germination process, the activity of ROS removing enzymes has been reported, such as superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), and ascorbate peroxidase (APX), among others, which constitute efficient detoxification mechanisms during imbibition, these enzymes can be used as molecular markers to elucidate the events that occur during the germination process. Therefore, this proposal provides a better understanding of the mechanisms involved in the response of castor beans to abiotic stresses by water restriction and saline conditions at the physiological level, related to antioxidant enzymes by means of biochemical and molecular studies. A REVIEW was developed where studies were identified on advances in research related to the cultivation of castor under abiotic stresses due to water restriction and salt stress, germination, and early stages of development of seedlings and antioxidant enzymes, shighlighting the enzymes superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and ascorbate peroxidase (APX). In CHAPTER 1, we performed the biometric characterization of two R. communis cultivars (BRS Nordestina and BRS Paraguaçu), we noticed that the seeds of Cultivar BRS Paraguaçu are larger than those of BRS Nordestina, which may be related to the higher water absorption observed for the seeds of that cultivar. Through the imbibition studies in osmotic water restriction (PEG) and salinity (NaCl), we observed that there is a difference in the water restriction capacity for these two solutions at the same osmotic potential, where for the imbibition by PEG at -0.23 MPa there was a drastic decrease in water absorption, inhibiting the cell cycle and the germination process while in the same osmoticum by NaCl imbibition there was only a slight delay in water absorption compared to the control. The imbibition in light potentials of NaCl (-0.23 MPa) stimulated a greater activity of the antioxidant enzyme SOD, while for the imbibition in PEG due to severe water restriction, the activity of the SOD enzyme was lower than the control. In CHAPTER 2, we performed the characterization of the family of 6 putative RcAPX genes that code for the enzyme Ascorbate peroxidase (APX) in castor beans, , through phylogenetic analysis we identified the orthologous genes in other angiosperms where we classified the APX genes according to location intracellular (citosol, plastid and peroxisomes). We observed that the RcAPX genes have a large number of exons/introns in addition to sharing conserved motifs. An increase in the total activity of the APX enzyme was observed after 48 h of imbibition (post-germinative) in the imbibition of water (control) and in NaCl -0.23 MPa (saline restriction) in both cultivars evaluated, while that imbibition in a -0.23 MPa PEG repressed the activity of APX. In CHAPTER 3, we identified and characterized 2 putative RcCAT genes representing the Catalase (CAT) gene family in Castor beans, predicted for peroxisome intracellular localization, from phylogenetic comparison we found orthologous genes in other angiosperms where we observed the classification into three groups. We found differences in gene structure and motif order for the RcCAT2 gene compared to the angiosperm CAT genes. Through the analysis of regulatory elements in the promoter region of these genes, we identified possible forms of regulation related to biotic and abiotic stresses, as well as plant hormones such as ABA. Finally, the enzymatic activity of catalase was shown to be modulated according to development time, stress during germination and respective genotype. The results herein contribute to a better understanding of the effects of water and saline restriction stresses in castor beans, in addition to the characterization of a family of genes that code for important antioxidant enzymes in seed responses to abiotic stress conditions.
Palavras-chave: Ricinus sp.
Euphorbiaceae
Bioinformática
Restrição hídrica
Salinidade
Enzimas
CNPq: CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::AGRONOMIA::FITOTECNIA
Idioma: por
País: Brasil
Editora / Evento / Instituição: Universidade Federal da Bahia
Sigla da Instituição: UFBA
metadata.dc.publisher.department: Instituto de Ciências da Saúde - ICS
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia Rede Nordeste (Renorbio) 
Citação: CUNHA, Diego da Silva. Caracterização fisiológica, bioquímica e molecular da germinação de sementes de mamona (Ricinus communis L.) sob estresses salino e osmótico. 2023. 147 f. Tese (Doutorado em Biotecnologia - RENORBIO) - Universidade Federal da Bahia, Instituto de Ciências da Saúde, Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia, Rede Nordeste de Biotecnologia, Salvador, 2023.
URI: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/39032
Data do documento: 30-Nov-2023
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Tese - versão final - Diego Cunha.pdfTrabalho de Tese intitulado 'Caracterização fisiológica, bioquímica e molecular da germinação de sementes de mamona (Ricinus communis L.) sob estresses salino e osmótico.' produzido por Diego da Silva Cunha4 MBAdobe PDFVisualizar/Abrir


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