A study of molecular responses to abiotic and biotic stresses in Arachis - Mota, Ana Paula Zotta (2019)
Em seu ambiente natural, as plantas são expostas a uma série de estresses abióticos e bióticos. Entre eles, a seca é um grande obstáculo à agricultura e, em associação com patógenos e pragas, pode causar prejuízos de até US$ 38 bilhões de 2005 a 2015, e comprometer a segurança alimentar. Com as mudanças climáticas e aquecimento global, esse cenário tende a agravar-se, aumentando a ocorrência de secas, a amplitude da gama de hospedeiros e virulência de agentes patogênicos. O estudo da resposta molecular à estresses individuais em diferentes plantas assim como a resposta a estresses combinados, constitui um grande avanço, para a compreensão de possíveis trade-offs entre tolerância e suscetibilidade à estresses abióticos e bióticos, quanto o desenvolvimento de cultivares mais resistentes. Visando um melhor entendimento da resposta moleculares de plantas, o presente estudo empregou diferentes ferramentas, como genômica comparativa e transcritomas. O uso dessas ferramentas visou a identificação de genes comumente regulados por diferentes estresses. No capítulo I, o transcritoma de quatro diferentes espécies de plantas (Arachis stenosperma, Coffea arabica, Glycine max e Oryza glaberrima) inoculadas com nematoides das galhas (Meloidogyne spp.) foram analisados e combinados com dados de genômica comparativa gerados a partir do proteoma de 22 espécies de plantas. No total, 17 famílias de proteínas ortólogas são comumente reguladas pela inoculação de nematoides das galhas, representando ao todo 364 proteínas. A anotação funcional desses ortogrupos indicou que a maioria dessas proteínas está associada à parede celular, receptores quinases e a estresse, e tendo uma única família de fatores de transcrição representada, ERF a qual desempenha um papel fundamental na resposta de defesa da planta. No Capítulo II, a análise do transcritoma de Arachis stenosperma submetido à combinação de dois estresses, seca e inoculação por nematoides das galhas, foi realizada. Diversos genes de resistência a estresses combinados foram identificados sendo que uma resposta transcricional distinta foi observada quando da imposição de estresses combinados, quando comparada a estresses individuais. Apenas 14 genes foram encontrados em comum entre a seca, inoculação por nematoides e estresses combinados e 209 genes foram exclusivamente regulados no tratamento combinado. Este resultado demonstra que uma reprogramação molecular única é empregada pela planta sob múltiplos estresses, o que não pode ser previsto pela análise de cada estresse aplicado individualmente. A análise de genômica comparativa e a análise de estresse combinado realizadas no presente estudo permitiram a identificação de famílias de genes essenciais à resistência / tolerância de plantas. A família das expansinas, a qual foi modulada durante a seca, infecção por RKN e UV, revelando uma importante família de genes em resposta a múltiplos estresses e em espécies distintas; e um gene de desidrina, cuja superexpressão em Arabidopsis revelou um importante trade-off entre estresses abióticos e bióticos.