Study of shoot-to-root communication of photomorphogenic signaling in Arabidopsis thaliana

A luz fornece uma entrada para o processo de fotossíntese e influencia diretamente o crescimento e desenvolvimento das plantas. O crescimento das raízes, em condições naturais, ocorre abaixo do solo na ausência de luz. Análises prévias demostram que, embora as raízes cresçam abaixo do solo na escuridão, a iluminação da parte aérea é essencial para que as raízes se desenvolvam normalmente. Plântulas de Arabidopsis cultivadas sob luz apresentam padrão de desenvolvimento fotomorfogênico, apresentando hipocótilo curto e raízes longas. As respostas transcricionais iniciais à luz que estimulam a comunicação entre a parte aérea e a raiz ainda não estão completamente esclarecidas. A correta regulação da expressão gênica é um dos mecanismos que possibilitam respostas nas plantas. Esta tese teve como objetivo o estudo dos mecanismos de sinalização fotomorfogênica envolvendo a comunicação entre parte aérea e raízes em Arabidopsis thaliana. Os apontamentos relatados nos capítulos II à IV mostram que à luz desempenha um papel chave no desenvolvimento da planta e na comunicação entre parte aérea e raiz. A presença de luz na parte aérea leva a alterações significativas no transcriptoma de plântulas, promovendo a montagem da maquinaria fotossintética, sinalização e respostas redox. Utilizando mutantes de perda de função, identificamos que a regulação da transcrição da resposta à luz precoce pode estar envolvida com o fator de transcrição ABA-Insensível 5 (ABI5) juntamente com os fatores bZIP responsivos a ABA (ABFs). Propomos que esta expressão gênica inicial reaproveita a transcrição de fatores bZIP ligados ao ABA, expressos na escuridão, para ativar respostas fotomorfogênicas.Light provides an input to the process of photosynthesis and directly influences the growth and development of plants. Root growth, under natural conditions, occurs below ground in the absence of light. Previous analyzes show that, although roots grow underground in the dark, shoot illumination is essential for roots to develop normally. Arabidopsis seedlings grown under light show a photomorphogenic pattern of development, with a short hypocotyl and long roots. The initial transcriptional responses to light that stimulate communication between the shoot and the root are not completely understood. The correct regulation of gene expression is one of the mechanisms that enable responses in plants. The work presented in this thesis aimed to study the photomorphogenic signaling mechanisms involving the communication between shoots and roots in Arabidopsis thaliana. The appointments presented in Chapters II to IV show that light plays a key role in plant development and in communication between shoots and roots. The presence of light in the shoot leads to significant changes in the transcriptome of seedlings, promoting the assembly of photosynthetic machinery, signaling and redox responses. Using loss-of-function mutants, we identified that transcriptional regulation of the early light response may be involved with the ABA-Insensitive transcription factor 5 (ABI5) along with the ABA- responsive bZIP factors (ABFs). We propose that this initial gene expression reuses the transcription of ABA-linked bZIP factors, expressed in the dark, to activate photomorphogenic responses

Genome-wide association of iron content in rice grains grown in Southern Brazil

O objetivo deste trabalho foi mapear regiões cromossômicas responsáveis pelo acúmulo de ferro em grãos de arroz, na região Sul do Brasil. Oitenta e um acessos de arroz foram genotipados e fenotipados quanto ao acúmulo de Fe. Polimorfismos de nucleotídeos únicos foram mapeados no grão integral, nos cromossomos 1, 5, 6 e 10, dos quais 13 genes candidatos foram identificados. Alguns dos genes, como o Os10g0406800, parecem ter relação com a homeostase do Fe, enquanto outros têm relação com outros processos metabólicos ou função desconhecida.The objective of this work was to map the chromosomal regions responsible for iron accumulation in rice grains, in Southern Brazil. Eighty-one rice accessions were genotyped and phenotyped for Fe accumulation. Single nucleotide polymorphisms were mapped in the whole grain on chromosomes 1, 5, 6, and 10, from which 13 candidate genes were identified. Some of the genes, such as Os10g0406800, seem to have a relationship with Fe homeostasis, while others are related to other metabolic processes or have an unknown function

Efeitos de ácidos orgânicos na germinação e crescimento inicial de Brassica napus L. var. oleifera

Canola (Brassica napus L. var. oleifera) is cultivated in the Southern Brazil as an alternative winter crop in the rotation system. No-tillage and hydromorphic soils favor the formation of aliphatic organic acids with short chain and low molecular weight, as acetic, butyric, and propionic acids. These acids may cause negative effects on the canola production. Thus, this study aimed to evaluate the response of five canola hybrid genotypes under the effect of acetic, butyric and propionic acids on the germination and initial phase of seedling growth. The results showed the characters evaluated respond differently to treatments applied within the same genotype. Therefore, the selection of a genotype with a resilient performance for the characters evaluated under stress is complex. Nevertheless, a sensitive profile response was observed in Hyola 433 genotype under different organic acids. Furthermore, acetic acid showed no negative impact on germination and initial growth of the genotypes.A Canola (Brassica napus L. var. oleifera) é cultivada no Sul do Brasil como uma alternativa para a estação fria no sistema de rotação de culturas. O sistema de plantio direto e a ocorrência de solos hidromórficos favorece a formação de ácidos orgânicos alifáticos com cadeia curta e baixo peso molecular, como os ácidos acético, butírico e propiônico. Estes ácidos podem causar efeitos negativos na produção de canola. Assim, este estudo teve por objetivo avaliar a resposta de cinco genótipos híbridos de canola sob o efeito dos ácidos acético, butírico e propiônico na germinação e na fase inicial do crescimento da plântula. Os resultados demonstraram que os caracteres avaliados respondem de forma diferente em relação aos tratamentos aplicados dentro do mesmo genótipo. Dessa forma, a seleção de um genótipo que manteve um comportamento padrão nos caracteres avaliados sob estresse é dificultado. Entretanto, em uma visão geral, o genótipo Hyola 433 manteve respostas características de sensibilidade nos caracteres avaliados em relação aos ácidos utilizados. Ainda, foi detectado que o ácido acético teve menor efeito na germinação e na fase inicial de crescimento dos genótipos estudados

Characterization of rice genotypes for iron and zinc contend in the grain and character identification for indirect selection

Rice (Oryza sativa L.) is one of the most grown and consumed cereals worldwide. It is the basics of the diet of millions, being pointed out as essencial in the biofortification process aiming to combate the malnutrition and the outcomes caused by it. Breeding programs are focusing on genotypes with high yield but also with superior nutricional quality of the grain. The development of cultivars with improved mineral content, especially iron and zinc would expressively contribute for the improvement of the nutritional value of this food. Thus, the present research aimed to identify superior rice genotypes regarding the grain content of iron and zinc and characteristics for indirect selection. A diverse group of 95 genotypes was evaluated. The experiments were carried out in the 2016/2017 crop season, at the Embrapa Clima Temperado experimental field, located in Capão do Leão, Rio Grande do Sul. The experimental design was the randomized blocks, with three replications. Two studies were performed, the first aimed to evaluate the concentration of iron and zinc in the rice grains of the diverse group of genotypes under two types of processing, integral and polished. The second study aimed to evaluate the feasibility of the indirect selection using morphological characteristics to select genotypes with larger content of bioavailable iron in the grain. The cultivars EPAGRI 107 and Cachinho were superior regarding iron concentration in polished grains and Carnaroli and Arbório showed larger concentrations of zinc after the polishing. The analysed traits showed the genetic variability among the genotypes and the number of panicles per plant presented strong correlation with grain iron content. Thus this character can be used in the indirect selection with the aim of produce integral rice and together with the variables weight of the panicle and width of the caryopsis with the objective of increasing iron in polished rice. In this sense, this study showed genetic diversity among the evaluated genotypes for the grain iron and zinc concentration and the possibility of indirect selection using other characters, indicating that new researches, such as genotyping and second-year assessments, have to be carried out to support the development of biofortificated rice cultivars.Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqO arroz (Oryza sativa L.) é um dos cereais mais cultivados e consumidos mundialmente. Ele é a base alimentar da dieta de milhões de pessoas, sendo apontado como essencial no processo de biofortificação visando o combate à desnutrição e efeitos ocasionados por ela. Programas de melhoramento genético vem buscando genótipos superiores em relação a produtividade e também quanto a qualidade nutricional de seus grãos. O desenvolvimento de cultivares com maiores teores de minerais como o ferro e o zinco pode contribuir de maneira expressiva para o aumento do valor nutritivo deste alimento. Dessa forma, o presente trabalho objetivou identificar genótipos de arroz superiores quanto a concentração de ferro e zinco nos grãos, assim como caracteres para seleção indireta. Um grupo diverso de 95 genótipos de arroz foi avaliado. O ensaio foi conduzido na safra 2016/2017 na unidade experimental da Embrapa Clima Temperado, que está localizada no município de Capão do Leão, Rio Grande do Sul. O delineamento experimental foi em blocos casualizados, com três repetições. Foram realizados dois estudos, o primeiro teve como finalidade avaliar a concentração de ferro e zinco em grãos de arroz dos distintos genótipos sob duas formas de beneficiamento, descasque e polimento. O segundo estudo visou avaliar a possibilidade da utilização da seleção indireta a partir de características morfológicas para selecionar genótipos que ofereçam maior biodisponibilidade de ferro no arroz consumido. Os genótipos EPAGRI 107 e Cachinho foram superiores quanto a concentração de ferro em seus grãos polidos e os genótipos Carnaroli e Arbório apresentaram maiores concentrações de zinco após o polimento. Os caracteres analisados demonstraram existência de variabilidade e, o caráter número de panículas por planta, destacou-se com uma forte correlação com o acúmulo de ferro nos grãos. Este caráter pode ser utilizado na seleção indireta quando o intuito for a produção de arroz integral e juntamente com as variáveis peso da panícula e largura da cariopse quando o objetivo for o aumento do teor de ferro em arroz polido. Neste sentido, este estudo mostrou variabilidade genética para a concentração de ferro e zinco entre os genótipos avaliados e possibilidade de seleção indireta, indicando que novas pesquisas, como a genotipagem e avaliações de segundo ano, devem ser realizadas visando dar suporte para o desenvolvimento de cultivares de arroz biofortificadas