Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/72348
Type: Dissertação
Title: Caracterização genética e morfo-fisiológica de linhagens e híbridos transgênicos de milho expressando o gene SbMATE de sorgo
Authors: Letícia Kuster Mitre
First Advisor: Claudia Teixeira Guimarães
Abstract: A toxicidade do alumínio (Al) é um fator limitante para a produção agrícola em solos ácidos. Sob essa condição, a forma rizotóxica do Al, Al3+, é solubilizada no solo e inibe o crescimento radicular, reduzindo a absorção de água e de nutrientes. Um importante mecanismo de tolerância ao Al em plantas é baseado na liberação de ácidos orgânicos (ex: citrato e malato) pelo ápice radicular, que formam complexos não tóxicos com o Al3+. Genes responsáveis pela tolerância ao Al foram identificados e caracterizados, como é o caso do gene SbMATE, o principal gene de tolerância ao Al de sorgo, que codifica um transportador de citrato ativado por Al, e do ZmMATE1, o homólogo funcional do SbMATE em milho. Considerando que a expressão heteróloga do SbMATE aumentou a tolerância ao Al em Arabidopsis e cevada, linhagens transgênicas de milho expressando o gene SbMATE foram geradas. Os eventos transgênicos de milho foram originalmente obtidos no híbrido temperado Hi II, sendo posteriormente introgredido na linhagem L3, pertencente ao programa de melhoramento da Embrapa Milho e Sorgo. O objetivo deste trabalho foi avaliar a tolerância ao Al, o padrão de expressão do transgene e as características morfológicas do sistema radicular de linhagens e híbridos de milho expressando o gene SbMATE sob controle do promotor da ubiquitina. As linhagens L3 transgênicas apresentaram níveis elevados de expressão do gene SbMATE, que foi induzido após 24 horas de exposição ao Al nas raízes e nos ápices radiculares. Quando comparada com a L3 convencional, a linhagem transgênica aumentou significativamente a tolerância ao Al em solução nutritiva e apresentou raízes mais desenvolvidas na camada subsuperfical de solo com 15% de saturação de Al. Os híbridos de milho contendo um alelo do transgene SbMATE, isto é, em heterozigose, foram mais tolerantes que os híbridos não-transgênicos e que a média das respectivas linhagens parentais. No entanto, os híbridos foram menos tolerantes ao Al que a linhagem parental transgênica, indicando um efeito parcialmente dominante do transgene. O padrão de expressão do transgene nos híbridos foi semelhante ao das linhagens, para grande parte dos genótipos testados, sugerindo que a expressão do transgene não foi influenciada pela dosagem dos seus alelos. Adicionalmente, a presença do transgene SbMATE parece não afetar de forma negativa a expressão do gene ZmMATE1, nem alterar a morfologia radicular em solução nutritiva. Assim, esses resultados indicam que a transgenia utilizando o SbMATE pode ser uma alternativa viável para aumentar a tolerância ao Al em milho e em outras espécies cultivadas, abrindo novos caminhos para garantir a estabilidade da produção agrícola em solos ácidos.
Abstract: Aluminum (Al) toxicity is a limiting factor for crop production on acid soils. Under these conditions, the rhizotoxic form of Al, Al3+, is solubilized into the soil solution inhibiting root growth, thus reducing water and nutrient uptake. An important mechanism of Al tolerance in plants is based on the release of organic acids (e.g. malate and citrate) by the root apex, which forms non-toxic complexes with Al3+. Genes responsible for Al tolerance have been identified and characterized, such as SbMATE, a major Al tolerance gene in sorghum that encodes an Al-activated citrate transporter, and ZmMATE1, the functional homolog of SbMATE in maize. Considering that heterologous expression of SbMATE increased Al tolerance in Arabidopsis and barley, transgenic maize lines expressing SbMATE were generated. The transgenic events were generated using the temperate hybrid Hi II, and introgressed into L3, a maize line belonging to the Embrapa Maize and Sorghum breeding program. The objective of this study was to evaluate Al tolerance, transgene expression and root morphology of transgenic inbred lines and hybrids expressing SbMATE controlled by the ubiquitin promoter. The transgenic L3 showed high expression levels of SbMATE gene, which was induced after 24 hours of Al treatment in roots and root apices. Compared with the non-transgenic line, Al tolerance assessed in hydroponics was also enhanced in the transgenic L3, which had more profused root development in the sub-superficial soil layer with 15% of Al saturation. The maize hybrids containing one allele of SbMATE were more tolerant than the non-transgenic hybrids and their Al tolerance exceeded the midparent mean. However, the hybrids were less Al tolerant than the parental transgenic line, indicating a partially dominant effect of the transgene. For most of the genotypes, SbMATE expression in the hybrids was similar to the lines, suggesting that transgene expression was not influenced by its allelic dosage. Additionally, the presence of the heterologous SbMATE transgene does not seem to reduce the expression of ZmMATE1, or to change the root morphology in hydroponics. Thus, our current results indicate that transgenic technology using SbMATE can be a used to improve Al tolerance in maize and in other crops, opening new avenues to guarantee yield stability on acid soils.
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICB - INSTITUTO DE CIÊNCIAS BIOLOGICAS
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Genética
Rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/72348
Issue Date: 30-Jul-2014
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