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Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
AGRONOMIA (CIÊNCIAS DO SOLO) (31002013002P7)
Educação Presencial
Caracterização do Gene OsEF2 e sua Relação com a Tolerância à Seca em Arroz
ANDRE LUIS DA SILVA PARENTE NOGUEIRA
TESE
27/08/2024

A seca é amplamente reconhecida como um dos estresses abióticos mais impactantes para as plantas, afetando processos fisiológicos essenciais como a fotossíntese, a respiração e o metabolismo celular, o que, por sua vez, compromete o crescimento e a produtividade das culturas. Como organismos sésseis, as plantas desenvolveram mecanismos de adaptação que lhes permitem tolerar condições adversas, modulando a expressão de genes que codificam para proteínas cruciais para a sobrevivência sob estresse hídrico. Entre esses mecanismos, estão a regulação estomática, a manutenção da integridade celular e a eficiência no uso da água. Nesse contexto, há genes que ainda não tem sua função caracterizada e surge a necessidade de entender sobre eles, sendo o objetivo dessa pesquisa, identificar e caracterizar genes diferencialmente expressos em resposta à seca, com foco especial no gene do Elongation Factor 2 (OsEF2), para entender seu papel na tolerância à seca em plantas de arroz. Seguindo a hipótese de que o gene OsEF2 está envolvido na tolerância à seca em plantas, no laboratório de Nutrição Mineral de Plantas (LNMP) da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (UFRRJ), foram obtidas linhagens de arroz transformadas. Linhagens foram selecionadas quanto a superexpressão com promotor da ubiquitina 1 do milho (UBQ1) e nocaute por meio de tecnologia CRISPR/Cas9. Para os experimentos foram utilizadas linhagens F2 de plantas de arroz. Após isso, através de tratamento de suspensão de água e um controle, com 8 repetições cada, as unidades experimentais (nocaute, EF15, EF18 e EF19 e WT) foram submetidas à seca e avaliadas ao decorrer de três semanas quanto a evapotranspiração, aspectos de desenvolvimento, cor e fluorescência da clorofila. Em capacidade de campo entre 15% e 10%, foram avaliadas quanto a integridade do fotossistema e reidratadas para uma posterior análise de produtividade e desenvolvimento final de plantas. Foram feitos experimentos complementares das linhagens de plantas submetidas a polietilenoglicol (PEG) para análise de extravasamento de eletrólitos, teor relativo de água e aspectos morfológicos das raízes. Após suspensão de água, as plantas OsEF2 demandaram menos água para o desenvolvimento e apresentaram menor padrão de senescência através da segmentação de cores; também apresentaram centros de reação fotoquimicamente ativos e indícios de melhor eficiência de uso de CO2. Em seca, as plantas OsEF2 também apresentaram melhor regulação da temperatura da folha e integridade da clorofila, além de maior síntese de ATP de cloroplastos do que as plantas WT. O nocaute do gene OsEF2 não permitiu avaliações aprofundadas pois gerou plantas raquíticas com taxa de abortamento quase 100%. O gene Elongation Factor 2 apresenta estratégia de tolerância à seca por permitir que as plantas tenham melhor eficiência de uso de água, permitindo melhor integridade e atividade do fotossistema das plantas após suspensão de água.

Ecofisiologia vegetal;Fator de alongamento 2;Transformação de plantas;Superexpressão;Expressão Gênica;CRISPR/Cas9;Organismo geneticamente modificados (OGMs)
Drought is widely recognized as one of the most impactful abiotic stresses for plants, affecting essential physiological processes such as photosynthesis, respiration, and cellular metabolism, which in turn compromise crop growth and productivity. As sessile organisms, plants have developed adaptive mechanisms that allow them to tolerate adverse conditions by modulating the expression of genes that encode proteins crucial for survival under water stress. Among these mechanisms are stomatal regulation, maintenance of cellular integrity, and water use efficiency. In this context, there are genes whose functions are still not characterized, highlighting the need to understand them. The objective of this research is to identify and characterize differentially expressed genes in response to drought, with a special focus on the Elongation Factor 2 gene (OsEF2), to understand its role in drought tolerance in rice plants. Following the hypothesis that the OsEF2 gene is involved in drought tolerance in plants, transformed rice lines were obtained at the Plant Mineral Nutrition Laboratory (LNMP) of the Federal Rural University of Rio de Janeiro (UFRRJ). Lines were selected for overexpression with the maize ubiquitin 1 (UBQ1) promoter and knockout using CRISPR/Cas9 technology. F2 lines of rice plants were used for the experiments. Following water suspension treatment and control, with 8 replicates each, experimental units (knockout, EF15, EF18, EF19, and WT) were subjected to drought and evaluated over three weeks for evapotranspiration, development aspects, color, and chlorophyll fluorescence. At field capacity between 15% and 10%, they were evaluated for photosystem integrity and rehydrated for subsequent analysis of productivity and final plant development. Complementary experiments were conducted on plants subjected to polyethylene glycol (PEG) for electrolyte leakage analysis, relative water content, and root morphological aspects. After water suspension, OsEF2 plants required less water for development and showed lower senescence through color segmentation; they also presented photoactively reactive centers and indications of better CO2 use efficiency. Under drought, OsEF2 plants also showed better leaf temperature regulation and chlorophyll integrity, along with higher ATP synthesis from chloroplasts than WT plants. The OsEF2 gene knockout did not allow for detailed evaluations as it resulted in stunted plants with an almost 100% abortion rate. The Elongation Factor 2 gene presents a drought tolerance strategy by enabling plants to have better water use efficiency, allowing for better integrity and activity of the photosystem after water suspension.
Plant Ecophysiology;Elongation Factor 2;Plant Transformation;Overexpression;Gene Expression;CRISPR/Cas9;Genetically Modified Organisms (GMOs)
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
O trabalho possui divulgação autorizada
TESE André Nogueira.pdf

Contexto

FERTILIDADE DO SOLO E NUTRIÇÃO DE PLANTAS
NUTRIÇÃO MINERAL E ECOFISIOLOGIA VEGETAL
TRIAGEM E CARACTERIZAÇÃO DE GENES ENVOLVIDOS COM A TOLERÂNCIA A SECA EM PLANTAS CULTIVADAS

Banca Examinadora

LEANDRO AZEVEDO SANTOS
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
LEANDRO AZEVEDO SANTOS Docente - PERMANENTE
VINICIUS MIRANDA DE SOUZA Participante Externo
ANDRES CALDERIN GARCIA Docente - PERMANENTE
MARCUS VINICIUS LOSS SPERANDIO Egresso - Doutorado
ANDRE MARQUES DOS SANTOS Participante Externo

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
FUND COORD DE APERFEICOAMENTO DE PESSOAL DE NIVEL SUP - Apoio à Pós-Graduação 48
CONS NAC DE DESENVOLVIMENTO CIENTIFICO E TECNOLOGICO - Bolsa no país - Pós-graduação 48
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO - Infraestrutura 48

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