Identificação de fatores genéticos que medeiam o desenvolvimento da Síndrome de Evitação à Sombra (SAS) em resposta à disponibilidade de nitrogênio em 'Arabidopsis thaliana'

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Universidade Federal de Minas Gerais

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Dissertação de mestrado

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Luciano Freschi
Marcel Giovanni Costa Franca

Resumo

Para o uso eficiente de recursos como luz e nutrientes, plantas exibem plasticidade no desenvolvimento para melhor adaptação do crescimento e desenvolvimento às variações nas condições ambientais. A Síndrome de Evitação à Sombra (SAS) é um conjunto de alterações morfológicas que reduzem a capacidade das plantas de manter o sucesso reprodutivo em condições subótimas de luz, como a sombra. Apesar do nitrogênio (N) ser um nutriente essencial para o desenvolvimento das plantas, a relação entre a nutrição por N e respostas adaptativas de desenvolvimento à sombra ainda permanece elusiva. Nesse contexto, esse trabalho teve como objetivo caracterizar os mecanismos moleculares envolvidos na plasticidade de desenvolvimento em resposta à sombra em condições distintas de disponibilidade de fontes inorgânicas de N. Os resultados sugerem que o alongamento do hipocótilo em resposta à sombra difere dependendo da fonte inorgânica de N, sendo que amônio inibe o alongamento do hipocótilo mais fortemente do que nitrato. Através dos experimentos com mutantes com perda de função em genes AMMONIUM TRANSPORTERS constatou-se que a translocação de amônio da raíz para a parte aérea é um fator crucial para redução de alongamento do hipocótilo em resposta à sombra. Através da atividade do módulo de fatores de transcrição HD-ZIPIII e KANADI foi possível verificar que auxina é determinante para resposta adaptativa à sombra dependente de N, e que amônio favorece a entrada de auxina nas células e simultaneamente reduz o efluxo nas células da epiderme, enquanto que, nitrato aumenta o efluxo de auxina na epiderme. Esses resultados sugerem que as fontes inorgânicas de N modulam de forma distinta o transporte de auxina, resultando no ajustamento dos níveis de auxina nas células da epiderme do hipocótilo, e crescimento do hipocótilo na sombra. Este estudo identifica o N inorgânico como regulador de respostas de evitação à sombra em Arabidopsis, destacando a complexa regulação subjacente a processos em resposta às flutuações ambientais e ao estado nutricional.

Abstract

For the efficient use of resources such as light and nutrients, plants exhibit developmental plasticity to better adapt their growth and development to variations in environmental conditions.The Shade Avoidance Syndrome (SAS) is a set of morphological changes that reduce the ability of plants to maintain reproductive success under suboptimal light conditions, such as shade. Although nitrogen (N) is an essential nutrient for plant development, the relationship between N nutrition and adaptive developmental responses to shade remains elusive. In this context, this work had the objective of caracterizing the molecular mechanisms involved in the development plasticity in response to shade in distinct conditions of inorganic N sources availability. The results sugest that the elongation of the hypocotyl in response to shade differs depending on the inorganic N source, with ammonium inhibiting hypocotyl elongation more strongly than nitrate. Experiments with loss-of-function mutants in the AMMONIUM TRANSPORTER genes demonstrated that ammonium translocation from the root to the shoot is a crucial factor in reducing hypocotyl elongation in response to shade. Through the activity of the HD-ZIPIII and KANADI transcription factor module, it was possible to verify that auxin is crucial for the N-dependent adaptive response to shade, and that ammonium promotes auxin entry into cells and simultaneously reduces efflux in epidermal cells, while nitrate increases auxin efflux in the epidermis. These results suggest that inorganic N sources modulate auxin transport differently, resulting in the adjustment of auxin levels in the hypocotyl epidermal cells and hypocotyl growth in shade. This study identifies inorganic N as a regulator of shade avoidance responses in Arabidosis, highlighting the complex regulation underlying processes in response to environmental fluctuations and nutritional status.

Assunto

Desenvolvimento Vegetal, Genética vegetal, Arabidopsis, Nitratos

Palavras-chave

Adaptação morfológica, Luz, Nitrato, Hipocótilo, Sombra

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