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Universidade Federal da Bahia |
Repositório Institucional da UFBA
Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/43795
Tipo: Tese
Título: Prospecção e caracterização funcional de genes associados a estresse abiótico em mamona (Ricinus communis L.)
Título(s) alternativo(s): Prospecting and functional characterization of genes associated with abiotic stress in castor (Ricinus communis L.)
Autor(es): Oliveira Júnior, Jair Lucas
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: José, Anderson Cleiton
metadata.dc.contributor.referee3: Silva, Anderson Tadeu
metadata.dc.contributor.referee4: Ferreira, Márcia Alves
metadata.dc.contributor.referee5: Jesus, Paulo Roberto Ribeiro de
Resumo: A mamona (Ricinus communis L.) é uma espécie oleaginosa de elevada importância econômica e industrial, amplamente reconhecida pelo alto valor comercial do óleo extraído de suas sementes, utilizado na produção de medicamentos, cosméticos e biocombustíveis. No Brasil, a cultura possui expressiva relevância socioeconômica, sendo tradicionalmente cultivada por agricultores familiares na região semiárida do Nordeste, onde prevalecem sistemas agrícolas rudimentares e condições ambientais adversas. Nessas regiões, as plantas estão frequentemente expostas a estresses abióticos, como seca, salinidade e altas temperaturas. Para sobreviver a esses desafios e manter a homeostase celular, a mamona apresenta mecanismos de defesa complexos que envolvem enzimas antioxidantes, como a superóxido dismutase (SOD), e proteínas regulatórias e protetoras, como os fatores de transcrição de choque térmico (HSFs) e as proteínas de choque térmico (HSPs). O objetivo desta tese foi compreender os mecanismos moleculares e bioquímicos associados à adaptação da mamona a condições de estresse abiótico, por meio da caracterização funcional do gene RcFeSOD8 e da análise genômica das famílias de genes HSF, HSP70 e HSP100. No Capítulo 1 (artigo publicado), o gene RcFeSOD8 foi caracterizado, e seus papéis fisiológicos, bioquímicos e metabólicos foram investigados por meio da superexpressão em Arabidopsis thaliana. O RcFeSOD8 foi fortemente induzido sob estresse térmico em R. communis durante a germinação e o crescimento das plântulas. Linhagens de Arabidopsis superexpressoras de RcFeSOD8 apresentaram melhor germinação sob condições de seca, salinidade e calor, acompanhada por aumento da atividade de enzimas antioxidantes, maior teor de clorofila e maior termotolerância. A análise metabolômica revelou acúmulo diferencial de aminoácidos chave (treonina, valina, isoleucina, sarcosina e glicina) e de sacarose nas linhagens transgênicas sob estresse, sugerindo que RcFeSOD8 participa da modulação do metabolismo de carbono e nitrogênio, contribuindo para a homeostase redox e protegendo vias biossintéticas de aminoácidos contra danos oxidativos. No Capítulo 2 (artigo submetido), foram identificados 18 genes RcHSF distribuídos em sete cromossomos de R. communis, classificados em três classes e dez subclasses, contendo elementos cis regulatórios associados à resposta a estresses abióticos (ABRE, MeJARE, GARE e SARE). Os resultados demonstraram que os RcHSFs respondem tanto a altas quanto a baixas temperaturas durante a germinação e o desenvolvimento inicial das plântulas de mamona, demostrado por microarray em estágio de embebição, protrusão radicular (germinação per se) e pós-germinação (plântulas jovens), além da confirmação de genes 7 selecionados por qPCR. Em especial, RcHSF08 (Classe A) apresentou forte indução sob estresse térmico no estágio inicial da plântula, enquanto RcHSF10 (Classe C) foi induzido durante os estágios iniciais de desenvolvimento, tanto em condições controle quanto sob diferentes estresses, em comparação com sementes secas. No Capítulo 3 (artigo a ser submetido), foram identificados e caracterizados 14 genes da família RcHSP70 e cinco genes RcHSP100 em R. communis. Com base na divergência de sequência, os membros dessas famílias em cinco espécies foram sistematicamente agrupados de acordo com sua localização subcelular. As análises genômicas revelaram que esses genes possuem elementos regulatórios relacionados a crescimento, desenvolvimento, resposta hormonal e tolerância a estresses abióticos. Os padrões de expressão indicaram a atuação diferencial dos genes HSP70 e HSP100 em distintos tecidos e sob diferentes condições de estresse (hídrico, salino e térmico), confirmaram sua participação nos mecanismos de resposta e adaptação da mamona. Em conjunto, os resultados desta tese contribuem para a compreensão dos mecanismos moleculares e fisiológicos de tolerância a estresses abióticos em R. communis, e indicam o potencial de genes como RcFeSOD8 e das famílias RcHSF, RcHSP70 e RcHSP100 como candidatos promissores para programas de melhoramento genético visando maior vigor e resiliência da cultura da mamona frente às condições adversas e consequente maior produtividade da cultura da mamona principalmente por agricultores familiares no semiárido brasileiro.
Abstract: Castor (Ricinus communis L.) is an oilseed species of great economic and industrial importance, widely recognized for the high commercial value of the oil extracted from its seeds, which is used in the production of medicines, cosmetics, and biofuels. In Brazil, the crop holds significant socioeconomic relevance, being traditionally cultivated by smallholder farmers in the semi-arid region of the Northeast, where rudimentary agricultural systems and adverse environmental conditions prevail. In these regions, plants are frequently exposed to abiotic stresses such as drought, salinity, and high temperatures. To survive these challenges and maintain cellular homeostasis, castor bean exhibits complex defense mechanisms involving antioxidant enzymes, such as superoxide dismutase (SOD), and regulatory and protective proteins, such as heat shock transcription factors (HSFs) and heat shock proteins (HSPs). The objective of this thesis was to elucidate the molecular and biochemical mechanisms associated with castor bean adaptation to abiotic stress conditions, through the functional characterization of the RcFeSOD8 gene and the genomic analysis of the HSF, HSP70, and HSP100 gene families. In Chapter 1 (published article), the RcFeSOD8 gene was characterized, and its physiological, biochemical, and metabolic roles were investigated through overexpression in Arabidopsis thaliana. RcFeSOD8 was strongly induced under heat stress in R. communis during seed germination and seedling growth. Arabidopsis lines overexpressing RcFeSOD8 exhibited improved germination under drought, salinity, and heat conditions, accompanied by increased antioxidant enzyme activity, higher chlorophyll content, and enhanced thermotolerance. Metabolomic analysis revealed differential accumulation of key amino acids (threonine, valine, isoleucine, sarcosine, and glycine) and sucrose in transgenic lines under stress, suggesting that RcFeSOD8 participates in the modulation of carbon and nitrogen metabolism, contributing to redox homeostasis and protecting amino acid biosynthetic pathways from oxidative damage. In Chapter 2 (submitted article), 18 RcHSF genes were identified, distributed across seven chromosomes of R. communis. These genes were classified into three major classes and ten subclasses, containing cis-regulatory elements associated with abiotic stress responses (ABRE, MeJARE, GARE, and SARE). The results showed that RcHSFs respond to both high and low temperatures during seed germination and early seedling development, as demonstrated by microarray analysis at the stages of imbibition, radicle protrusion (germination per se), and post-germination (young seedlings), as well as by qPCR validation of selected genes. In particular, RcHSF08 (Class A) showed strong induction under heat stress during the early seedling stage, whereas RcHSF10 (Class C) was upregulated during the initial developmental stages under both control and stress conditions compared with dry seeds. In Chapter 3 (article 9 in preparation), 14 members of the RcHSP70 gene family and five RcHSP100 genes were identified and characterized in R. communis. Based on sequence divergence, members of these families from five plant species were systematically grouped according to their predicted subcellular localization. Genomic analyses revealed that these genes harbor regulatory elements related to growth, development, hormonal signaling, and abiotic stress tolerance. Expression profiling indicated differential expression patterns of HSP70 and HSP100 genes across tissues and under various stress conditions (drought, salinity, and heat), confirming their participation in the castor bean stress response and adaptation mechanisms. Altogether, the results of this thesis contribute to advancing the understanding of the molecular and physiological mechanisms underlying abiotic stress tolerance in R. communis and highlight the potential of genes such as RcFeSOD8 and members of the RcHSF, RcHSP70, and RcHSP100 families as promising candidates for genetic improvement programs aimed at enhancing castor bean vigor and resilience under adverse environmental conditions—ultimately supporting greater productivity, particularly for smallholder farmers in the Brazilian semi-arid region.
Palavras-chave: Enzimas antioxidantes
Ricinus communis L
Estresses abióticos
Bioinformática
Melhoramento genético
CNPq: CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::BIOQUIMICA
CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS
CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::BIOLOGIA GERAL
CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::AGRONOMIA::FITOTECNIA::FISIOLOGIA DE PLANTAS CULTIVADAS
CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::AGRONOMIA::FITOTECNIA::MELHORAMENTO VEGETAL
CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::AGRONOMIA::FITOTECNIA::PRODUCAO E BENEFICIAMENTO DE SEMENTES
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 (PPGBiotec) 
Citação: OLIVEIRA JÚNIOR, Jair Lucas. Prospecção e caracterização funcional de genes associados a estresse abiótico em mamona (Ricinus communis L.) 2025. Orientador: Renato Delmondez de Castro. 2012 f. il. Tese (Doutorado em Biotecnologia) - Instituto de Ciências da Saúde, Universidade Federal da Bahia, Salvador, 2025
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/43795
Data do documento: 12-Dez-2025
Aparece nas coleções:Tese (PPGBiotec)

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Tese_Prospecção_R.communis_OliveiraJunior_JL.pdfTese - PROSPECÇÃO E CARACTERIZAÇÃO FUNCIONAL DE GENES ASSOCIADOS A ESTRESSE ABIÓTICO EM MAMONA (Ricinus communis L.) . Autor: Jair Lucas Oliveira Júnior5,56 MBAdobe PDFVisualizar/Abrir
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