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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Expressão de genes da via de biossíntese de lignina no caule de plantas de Eucalyptus globulus e E. urograndis expostas a diferentes temperaturas
Title Alternative: Expression of lignith biosynthesis pathway genes in stems of Eucalyptus globulus ans E. urograndis exposed to different temperatures
Author: Tofanello, Vanessa Regina, 1982-
Advisor: Mazzafera, Paulo, 1961-
Abstract: Resumo: Sabe-se que espécies vegetais perenes precisam sobreviver a alterações periódicas em seu ambiente, devendo apresentar mecanismos que lhes permitam sobreviver a esta condição inconstante, através de alterações anatômicas, celulares e moleculares. Estresses por extremos de temperaturas configuram-se como um dos principais elementos que limitam a distribuição geográfica e o crescimento sazonal de diversas plantas, afetando a qualidade e a produtividade de inúmeras culturas e plantações florestais. Celulose e lignina são os principais polímeros em plantas. Apesar da lignina desempenhar importante papel na planta ao servir de suporte para microfibrilas de celulose nas paredes celulares, este composto pode ser um problema durante processos industriais pois dificulta a extração de celulose de espécies de importância econômica como é o caso do eucalipto. Genes da via de biossíntese de lignina foram selecionados de um banco de RNAseq. Estes genes foram comparados com aqueles do genoma de E.grandis sendo identificados dois genes codificando para fenilalanina amônia liase (EgrPAL2 e EgrPAL3), um de cinamato 4-hidroxilase (EgrC4H2), um de hidroxicinamoil CoA: shiquimato/quinato hidroxicinamoiltransferase (EgrHCT4), um de cafeoil-CoA O-metiltransferase (EgrCCoAOMT-like17) e um de ferulato 5-hidroxilase (EgrF5H1). A identificação se deu por alinhamento de sequências e construção de árvores filogenéticas. Plantas com 4 a 5 meses de idade de E. globulus e E. urograndis, as mesmas espécies usadas na construção do banco de RNAseq, foram mantidas por 22 dias nas temperaturas 5oC, 10oC, 15oC, 20oC, 25oC, 30oC e 35oC. Analisou-se o crescimento caulinar e nas folhas a fotossíntese, fluorescência da clorofila e teor de pigmentos. No caule analisou-se lignina, os oligômeros solúveis de lignina e a razão S/G. De modo geral as menores temperaturas limitaram o crescimento e diminuíram os teores de clorofila, mas aumentaram os de antocianinas. O efeito das temperaturas mais baixas foi mais pronunciado que das temperaturas mais altas para a mesma espécie, mas E. globulus aparentemente foi menos afetado que E. urograndis, principalmente no crescimento caulinar e na fotossíntese. O teor de lignina pouco variou em E. urograndis, mas foi menor nas temperaturas mais baixas em E. globulus aumentando com as temperaturas intermediárias e caindo nas mais altas. E. globulus apresentou teor médio menor de lignina e maior de S/G. Não houve alteração marcante nos oligômeros ou na relação S/G nas duas espécies com as diferentes temperaturas. Os dados de expressão dos genes mostraram boa concordância com a variação de lignina em E. globulus, com maior pico de expressão entre 10oC e 15oC. Conclui-se que o teor de lignina foi alterado em E. globulus principalmente pelo efeito da temperatura sobre o metabolismo de lignina como um todo, não tendo efeito qualitativo, ou seja, na razão S/G, o que implicaria na alteração de expressão de enzimas específicas. Além disso, os dados mostram que pode haver variação em relação aos genes que seriam responsivos aos tratamentos de temperatura, uma vez que os genes aqui analisados e identificados no genoma de E. grandis como atuantes na biossíntese de lignina não necessariamente responderam como tal, como foi o caso de EgrPAL2 e EgrPAL3, e EgrCCoAMT-like17. Isto abre novas perspectivas para estudos funcionais com os diferentes genes e "genes-like" identificados no genoma do E. grandis em diferentes espécies de eucalipto

Abstract: It is known that perennial plant species must endure periodic alterations in the environment and frequently find themselves in the need of mechanisms necessary for survival in such inconstant conditions, by means of anatomical, cellular and molecular alterations. Stresses induced by extremes temperature are one of the main limiting factors for geographical distribution and seasonal growth in various groups for plants, affecting quality and productivity in several crops and forests. Cellulose and lignin are the main polymers found in plants. Lignin plays an important role in the plant, supporting cellulose microfibrils in the cell walls, however, when it comes to industrial processes, lignin is an obstacle making it difficult to extract cellulose compounds of economic importance, as observed of eucalyptus plants. Genes acting in the lignin biosynthesis pathway were selected form an RNAseq database. These genes were compared with those from E. grandis genome and two genes were identified for codification of phenylalanine ammonia-lyase (EgrPAL2 and EgrPAL3), one for cinnamic acid 4-hydroxylase (EgrC4H2), one for hydroxycinnamoyl-CoA: shikimate/quinate hydroxycinnmoyl transferase (EgrHCT), one for caffeoyl-CoA O-methyltransferase (EgrCCoAOMT-like17) and one for Ferulate 5-hydroxylase (EgrF5H1). Sequences were identified using sequence alignment and phylogenetic trees. E. globulus and E. urograndis plants ¿ the same species used in the RNAseq database ¿ with 4 to 5 months of age were kept for 22 days in temperatures of 5oC, 10oC, 15oC, 20oC, 25oC, 30oC and 35oC. Analysis of growth was performed for stems, and leaves were analyzed for photosynthesis, fluorescence and pigment content. Total lignin, soluble lignin oligomers and S/G ratio was analyzed in the stems. In a general way, the lowest temperatures limited growth and reduced chlorophyll content, but anthocyanins were increased. The effect of cold was more important than that of higher temperatures for the same species, although E. globulus was apparently less affected E. urograndis, mainly for stem growth, photosynthesis and chlorophyll fluorescence. Lignin content showed little variation in E. urograndis and was smaller for lower temperatures in E. globulus, increasing with intermediate temperatures and decreasing in the highest ones. E. globulus showed the lowest average lignin content and highest S/G ratio. There were no significant alterations in oligomers or S/G ratio in either species regarding different temperatures. Gene expression data were well correlated with variation in lignin content for E. globulus, with the highest expression peak between 10oC e 15oC. The results demonstrate that lignin content was altered in E. globulus mainly for the effect on overall lignin metabolism, without any qualitative effect, considering S/G ratio, which would implicate in alteration in the expression of specific enzymes. Furthermore, data shows there can be variation related to genes responding to temperature treatments, considering the genes analyzed here and identified in the genome of E. grandis as active in the biosynthesis of lignin did not necessarily behave as expected, as was the case for EgrPAL2 and EgrPAL3, and EgrCCoAMT-like17. This opens new perspectives for functional studies with different genes and "gene-like" identified in E. grandis genome for different species of eucalyptus
Subject: Frio
Altas temperaturas
Expressão gênica
Lignina
Eucalyptus globulus
Eucalyptus urograndis
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2015
Appears in Collections:IB - Tese e Dissertação

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