Publicação

Targeting genes for al tolerance in portuguese bread wheat (Triticum aestivum L.)

Detalhes bibliográficos
Resumo:	A tolerância à toxicidade ao aluminio (Al) é um dos maiores desafios para a produção agrícola em solos ácidos. Em Portugal, a cultura do trigo ocupa um lugar especial entre os cereais, ocorrendo a maioria do seu cultivo neste tipo de solos. O objectivo do presente estudo foi o de caracterizar, quer fisiológica quer molecularmente o genótipo Barbela 7/72/92 em relação à tolerância ao Al quando em presença de condições de pH baixo. As técnicas fenotípicas baseadas na ericromocianina R, na hematoxilina e na morina demonstraram que o Barbela 7/72/92 é um genótipo muito resistente ao Al e que o seu mecanismo de tolerância baseia-se principalmente na destoxificação externa deste elemento tóxico. Técnicas baseadas nos reagentes de Schiff e Evans blue também evidenciaram um baixo nível de peroxidação lipídica bem como a quase inexistência de danos físicos nas raízes de Barbela 7/72/92 tratadas com Al. De salientar, que o crescimento de pêlos radiculares presentes no Barbela 7/72/92 quando na presença de Al poderá indicar que este genótipo de trigo mole activa diversos mecanismos de resposta à toxicidade deste elemento. As técnicas histoquímicas utilizadas neste estudo demonstraram claramente que a toxicidade pelo Al induz múltiplos efeitos nas raízes de trigo mole. Na presente investigação, três genes candidatos, para a tolerância ao Al em trigo hexaplóide, foram clonados nomeadamente o TaMATE1 e o TaMATE2 (membros da família MATE) e o TaSTOP1 (membro da família de fatores de transcrição). O mapeamento através do recurso a linhas aneuploides de trigo da cultivar Chinese Spring, revelou que o TaMATE1, o TaMATE2 e o TaSTOP1 estão localizados no braço longo dos cromossomas 4, 1 e 3, respectivamente. No caso do gene TaSTOP1 a localização no cromossoma 3 foi igualmente confirmada por hibridação in situ no genótipo Barbela 7/72/92. A análise da expressão dos genes TaMATE1 e TaALMT1 revelou que ambos os transcriptos existem em maior abundância nas raízes comparativamente aos rebentos, contrariamente ao que foi verificado para o gene TaMATE2. Em relação ao gene TaSTOP1, o gene expressou-se equitativamente em ambos os tecidos (raízes e rebentos). A análise da expressão específica para os genes TaMATE1 e TaSTOP1 revelou claramente a transcrição não uniforme destes genes, em ambos os tecidos de trigo hexaplóide. A expressão do homólogo TaMATE1-4B foi preponderante à expressão do TaMATE1-4D em Barbela 7/72/92. Quanto ao homólogo TaMATE1-4A a sua expressão parece estar silenciada. Para o gene TaSTOP1, os níveis de expressão do homólogo TaSTOP1-A encontraram-se significativamente elevados em relação aos encontrados para TaSTOP1-B e TaSTOP1-D, em ambos os tecidos (raízes e rebentos). Os nossos resultados indicaram igualmente que o gene TaSTOP1-A possui um potencial de trans-activação constitutivo e que pode não depender da ausência/ presença do stress por Al. Em relação ao TaMATE2, não foi possível a quantificação individual de cada um dos homólogos devido à elevada similaridade verificada entre as suas sequências nucleotídicas. A expressão desigual encontrada para os genes TaMATE1 e TaSTOP1, bem como a diferente resposta à toxicidade por Al indica que os homólogos destes genes, em trigo mole, parecem de forma diferencial na presença de Al. A análise dos promotores dos homólogos do gene TaMATE1 revelou que no genótipo Barbela 7/72/92, a 25 bp a jusante, existe um transposão do tipo Sukkula no homólogo TaMATE1-4B. A subsequente análise desta região numa coleção de trigo mole Portugueses revelou uma correlação positiva entre a presença deste transposão e a tolerância ao Al. De igual modo, a sequenciação do promotor do gene TaALMT1, no Barbela 7/72/92 e no Anahuac, revelou a presença dos promotores do Tipo VI e I, respectivamente. O promotor ALMT1 tipo VI foi previamente descrito como tendo uma correlação positiva com a tolerância ao Al em trigo. Estes resultados são suportados pelas análises de expressão de ambos genes, sugerindo que o Barbela 7/72/92 possui novos alelos para os genes referidos permitindo a este genótipo um melhor desempenho quando na presença do stress pelo Al através da sua exclusão. A co-localização do TaMATE1, TaMATE2 e TaSTOP1 com regiões genómicas implicadas na tolerância ao Al nos cromossomas 4 (genoma B), 1 (genomas A e B) e 3 (genoma B), respectivamente, sugerem que estes genes podem ser um potencial alvo para a tolerância ao Al neste cereal. Em conclusão, os estudos fisiológicos e moleculares realizados neste estudo claramente demonstram que o genótipo de trigo mole Português Barbela 7/72/92 é altamente tolerante ao stress pelo Al, o qual desenvolveu diversos mecanismos de forma a adaptar-se aos solos ácidos onde é cultivado. Neste trabalho, demonstramos que o Barbela 7/72/92 possui novos alelos para múltiplos genes para a tolerância ao Al, os quais poderão vir a ser posteriormente utilizados em programas de melhoramento de trigo.
Autores principais:	Oliveira, Ana Luísa Garcia
Assunto:	Alumínio Tolerância Triticum aestivum Gene Expressão génica Métodos de melhoramento
Ano:	2013
País:	Portugal
Tipo de documento:	tese de doutoramento
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro
Idioma:	inglês
Origem:	Repositório da UTAD

Descrição
Resumo:	A tolerância à toxicidade ao aluminio (Al) é um dos maiores desafios para a produção agrícola em solos ácidos. Em Portugal, a cultura do trigo ocupa um lugar especial entre os cereais, ocorrendo a maioria do seu cultivo neste tipo de solos. O objectivo do presente estudo foi o de caracterizar, quer fisiológica quer molecularmente o genótipo Barbela 7/72/92 em relação à tolerância ao Al quando em presença de condições de pH baixo. As técnicas fenotípicas baseadas na ericromocianina R, na hematoxilina e na morina demonstraram que o Barbela 7/72/92 é um genótipo muito resistente ao Al e que o seu mecanismo de tolerância baseia-se principalmente na destoxificação externa deste elemento tóxico. Técnicas baseadas nos reagentes de Schiff e Evans blue também evidenciaram um baixo nível de peroxidação lipídica bem como a quase inexistência de danos físicos nas raízes de Barbela 7/72/92 tratadas com Al. De salientar, que o crescimento de pêlos radiculares presentes no Barbela 7/72/92 quando na presença de Al poderá indicar que este genótipo de trigo mole activa diversos mecanismos de resposta à toxicidade deste elemento. As técnicas histoquímicas utilizadas neste estudo demonstraram claramente que a toxicidade pelo Al induz múltiplos efeitos nas raízes de trigo mole. Na presente investigação, três genes candidatos, para a tolerância ao Al em trigo hexaplóide, foram clonados nomeadamente o TaMATE1 e o TaMATE2 (membros da família MATE) e o TaSTOP1 (membro da família de fatores de transcrição). O mapeamento através do recurso a linhas aneuploides de trigo da cultivar Chinese Spring, revelou que o TaMATE1, o TaMATE2 e o TaSTOP1 estão localizados no braço longo dos cromossomas 4, 1 e 3, respectivamente. No caso do gene TaSTOP1 a localização no cromossoma 3 foi igualmente confirmada por hibridação in situ no genótipo Barbela 7/72/92. A análise da expressão dos genes TaMATE1 e TaALMT1 revelou que ambos os transcriptos existem em maior abundância nas raízes comparativamente aos rebentos, contrariamente ao que foi verificado para o gene TaMATE2. Em relação ao gene TaSTOP1, o gene expressou-se equitativamente em ambos os tecidos (raízes e rebentos). A análise da expressão específica para os genes TaMATE1 e TaSTOP1 revelou claramente a transcrição não uniforme destes genes, em ambos os tecidos de trigo hexaplóide. A expressão do homólogo TaMATE1-4B foi preponderante à expressão do TaMATE1-4D em Barbela 7/72/92. Quanto ao homólogo TaMATE1-4A a sua expressão parece estar silenciada. Para o gene TaSTOP1, os níveis de expressão do homólogo TaSTOP1-A encontraram-se significativamente elevados em relação aos encontrados para TaSTOP1-B e TaSTOP1-D, em ambos os tecidos (raízes e rebentos). Os nossos resultados indicaram igualmente que o gene TaSTOP1-A possui um potencial de trans-activação constitutivo e que pode não depender da ausência/ presença do stress por Al. Em relação ao TaMATE2, não foi possível a quantificação individual de cada um dos homólogos devido à elevada similaridade verificada entre as suas sequências nucleotídicas. A expressão desigual encontrada para os genes TaMATE1 e TaSTOP1, bem como a diferente resposta à toxicidade por Al indica que os homólogos destes genes, em trigo mole, parecem de forma diferencial na presença de Al. A análise dos promotores dos homólogos do gene TaMATE1 revelou que no genótipo Barbela 7/72/92, a 25 bp a jusante, existe um transposão do tipo Sukkula no homólogo TaMATE1-4B. A subsequente análise desta região numa coleção de trigo mole Portugueses revelou uma correlação positiva entre a presença deste transposão e a tolerância ao Al. De igual modo, a sequenciação do promotor do gene TaALMT1, no Barbela 7/72/92 e no Anahuac, revelou a presença dos promotores do Tipo VI e I, respectivamente. O promotor ALMT1 tipo VI foi previamente descrito como tendo uma correlação positiva com a tolerância ao Al em trigo. Estes resultados são suportados pelas análises de expressão de ambos genes, sugerindo que o Barbela 7/72/92 possui novos alelos para os genes referidos permitindo a este genótipo um melhor desempenho quando na presença do stress pelo Al através da sua exclusão. A co-localização do TaMATE1, TaMATE2 e TaSTOP1 com regiões genómicas implicadas na tolerância ao Al nos cromossomas 4 (genoma B), 1 (genomas A e B) e 3 (genoma B), respectivamente, sugerem que estes genes podem ser um potencial alvo para a tolerância ao Al neste cereal. Em conclusão, os estudos fisiológicos e moleculares realizados neste estudo claramente demonstram que o genótipo de trigo mole Português Barbela 7/72/92 é altamente tolerante ao stress pelo Al, o qual desenvolveu diversos mecanismos de forma a adaptar-se aos solos ácidos onde é cultivado. Neste trabalho, demonstramos que o Barbela 7/72/92 possui novos alelos para múltiplos genes para a tolerância ao Al, os quais poderão vir a ser posteriormente utilizados em programas de melhoramento de trigo.