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Tipo: Dissertação
Título: Caracterização morfológica de sorgo superexpressando o gene SbPSTOL1
Título(s) alternativo(s): Morphological characterization of sorghum overexpressing the SbPSTOL1 gene
Autor(es): Matheus Carlos Valinhas
primer Tutor: Jurandir Vieira de Magalhães
primer Co-tutor: Andrea Almeida Carneiro
primer miembro del tribunal : Frederico Marianetti Soriani
Segundo miembro del tribunal: Karine da Costa Bernardino
Resumen: A disponibilidade de nutrientes no solo é de grande importância para o estabelecimento das culturas e exerce influência no desenvolvimento e produção das plantas. Indispensável para diversos processos biológicos, o fósforo (P) é um nutriente que se encontra sob baixa disponibilidade em solos tropicais, tornando-se assim um dos principais fatores limitantes para o crescimento vegetal. Um dos mecanismos evolutivos desenvolvidos pelas plantas para otimizar a absorção desse nutriente é a alteração na arquitetura do sistema radicular, visando um aumento na área de superfície da raiz, permitindo a melhor exploração do solo e absorção de P. Descrito pela primeira vez em arroz, o gene PSTOL1 (PHOSPHORUS STARVATION TOLERANCE1), que codifica uma quinase receptora do tipo serina/treonina, foi associado a alterações na morfologia radicular que levam à tolerância ao estresse de P. Ortólogos do gene PSTOL1 foram associados com aumento na área de superfície da raiz, maior acúmulo de fósforo na parte aérea e aumento na produção de grãos em linhagens de milho e trigo tolerantes à indisponibilidade de P. Análises de associação identificaram diversos SNPs (Single Nucleotide Polymorphism) na sequência do gene PSTOL1 de sorgo (SbPSTOL1) associados à otimização do uso de P e a alterações na morfologia radicular. Em eventos de milho transgênico superexpressando o gene SbPSTOL1, foi observado aumento no comprimento e superfície do sistema radicular e redução do diâmetro médio das raízes. Nesse trabalho, linhagens transgênicas de sorgo produzidas no background genético P898012 foram utilizadas para avaliar os efeitos da superexpressão do gene SbPSTOL1 na morfologia do sistema radicular em condições de estresse de fósforo, em solo e em hidroponia. Adicionalmente, foram avaliadas características fisiológicas da parte aérea e características da morfologia do sistema radicular dos eventos transgênicos de sorgo em condição de estresse hídrico. Os eventos superexpressando SbPSTOL1 apresentaram uma tendência para o aumento da área de superfície e redução do diâmetro médio radicular em condição de baixo P, em solução hidropônica e em solo. No entanto essas alterações não foram consistentemente observadas em repetições dos experimentos. Em condição de estresse hídrico, os eventos apresentaram melhora na taxa fotossintética e redução na temperatura foliar, não apresentando alterações significativas na morfologia do sistema radicular. Os eventos superexpressando o gene SbPSTOL1 apresentaram grande variação para as características avaliadas relacionadas à morfologia radicular em solo e em solução nutritiva. A variação foi observada entre diferentes eventos e em repetições de um mesmo evento. A linhagem de sorgo P898012 é naturalmente tolerante aos estresses hídrico e de P que, em adição à variação observada nas linhagens superexpressando o gene, dificultam uma conclusão acerca do efeito da superexpressão do gene SbPSTOL1 na morfologia do sistema radicular de sorgo. Uma característica consistentemente observada foi o acúmulo de antocianinas na panícula dos eventos de sorgo cultivados em solo com baixo P. Em sorgo, antocianinas são produtos do metabolismo secundário e o aumento de sua produção está relacionado a estresses abióticos. Esses resultados sugerem a relação de SbPSTOL1 com vias de resposta e tolerância a estresses abióticos em sorgo.
Abstract: The availability of nutrients in the soil is of great importance for crop establishment and influences plant development and production. Phosphorus (P), indispensable for various biological processes, is a nutrient found in low availability in tropical soils, making it one of the main limiting factors for plant growth. One of the evolutionary mechanisms developed by plants to optimize the absorption of this nutrient is the alteration of root system architecture, aiming at increasing root surface area, which allows for better soil exploration and P absorption. First described in rice, the PSTOL1 gene (PHOSPHORUS STARVATION TOLERANCE1), which encodes a serine/threonine receptor kinase, has been associated with root morphology changes that lead to P stress tolerance. Orthologs of the PSTOL1 gene have been associated with increased root surface area, greater phosphorus accumulation in the shoots, and increased grain production in P-tolerant maize and wheat lines. Association analyses identified several SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms) within sorghum PSTOL1 genes (SbPSTOL1) associated with optimized P use associated with changes in root morphology. In transgenic maize events overexpressing SbPSTOL1, increased root system length and surface area, and reduced average root diameter were observed. In this study, transgenic sorghum lines transformed in the P898012 genetic background were used to evaluate the effects of SbPSTOL1 overexpression on root system morphology under phosphorus stress conditions, in soil and in hydroponics. Additionally, physiological characteristics of the shoot and root morphology of the transgenic sorghum events under water stress were evaluated. The events overexpressing SbPSTOL1 showed a trend toward increased surface area and reduced average root diameter under low P conditions, in hydroponic solution and in soil. However, these changes were not consistently observed in in different experiments. Under water stress conditions, the events showed improved photosynthetic rates and reduced leaf temperature, with no significant changes in root morphology. The events overexpressing the SbPSTOL1 gene showed great variation in the evaluated traits related to root morphology in both soil and in nutrient solution. The variation was observed between and within different events. The P898012 sorghum line is reasonably tolerant to water and P stresses which, along with the variation observed in the lines overexpressing the gene, complicates drawing a conclusion about the effect of SbPSTOL1 overexpression on sorghum on tolerance to low P and drought conditions. One consistently observed characteristic was the accumulation of anthocyanins in the panicles of sorghum events grown in a low P soil. In sorghum, anthocyanins are secondary metabolites and increased production of anthocyanins has been associated with abiotic stress tolerance. These results suggest a relationship between SbPSTOL1 and tolerance pathways to abiotic stresses in sorghum.
Asunto: Genética vegetal
Sorgo
Sistema radicular
Solo
Fósforo
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Minas Gerais
Sigla da Institución: UFMG
Departamento: ICB - INSTITUTO DE CIÊNCIAS BIOLOGICAS
Curso: Programa de Pós-Graduação em Genética
Tipo de acceso: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/78871
Fecha del documento: 30-oct-2024
Aparece en las colecciones:Dissertações de Mestrado

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