Mecanismo de descarboxilação da fotossíntese C4 e discriminação isotópica para seleção de genótipos do complexo Saccharumspp. tolerantes à seca

• Main Author: Mariana Belloti
• Other Authors: Antonio Vargas de Oliveira Figueira
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2012
• Subjects: Escape; Fisiologia; NAD:ME; NADP:ME; PCK; Leakage; Physiology
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/64/64133/tde-25102012-155457/

Em cana-de-açúcar (Saccharum spp.), a deficiência hídrica é um dos estresses ambientais mais danosos, e a seleção de genótipos com maior adaptação aos ambientes com tendência ao déficit hídrico seria de grande valor para a expansão da cultura para áreas consideradas marginais. O objetivo dessa dissertação foi investigar o mecanismo de resposta a seca presente em duas cultivares de cana-de-açúcar contrastantes, avaliando características fisiológicas juntamente com a discriminação isotópica de carbono (\'delta\' 13C) e o \"escape\" do CO2 (\'phi\'). Além disso, o efeito da seca na fotossíntese C4 foi analisado a fim de investigar a rota enzimática envolvida no transporte de ácidos de quatro carbonos entre as células do mesofilo e as células da bainha. Para tanto foram utilizados os genótipos contrastantes para a resposta à deficiência hídrica \'IACSP94-2094\' (tolerante) e \'IACSP97-7065\' (suscetível), cultivados em casa de vegetação, os quais foram selecionados entre 10 genótipos avaliados em experimentos fisiológicos em campo. As análises de \'delta\' 13C e \'phi\' mostraram variações significativas entre os genótipos, sendo observados maiores valores de \'delta\' 13C e \'phi\' na cultivar \'IACSP94-2094\' durante a seca. Além disso, foram conduzidas análises de expressão gênica e atividade enzimática referente as três variações da via fotossintética C4,que diferiram quanto ao ácido de quatro carbonos transportado entre o mesofilo e as células da bainha e quanto a enzima de descarboxilação presente nas células da bainha, incluindo a enzima málica dependente de NADP (NADP:ME), enzima málica dependente de NAD (NAD:ME) ou fosfoenolpiruvato carboxiquinase (PCK). Admite-se que o mecanismo de transporte de compostos de quatro carbonos presente na cana-de-açúcar seja aquele referente à NADP:ME, entretanto,o maior acúmulo do número de transcritos e maior atividade enzimática para PCK observadas na cultivar considerada tolerante (\'IACSP94 2094\') quando sob estresse, indicam que a via de descarboxilação do tipo PCK aparentemente poderia ser ativada em condições de déficit hídrico. Por outro lado, a ausência da indução da via PCKna cultivar considerada sensível (\'IACSP97 7065\'), sugere que esse mecanismo alternativo de descarboxilação poderia estar relacionadoà tolerância à seca. Essa hipótese pode ser reforçada pelos maiores valores de \'phi\' na \'IACSP94 2094\' quando em déficit hídrico, uma vez que o \'phi\' em plantas que possuem o tipo PCK foi maior que os valores encontrados em plantas do tipo NADP:ME. Dessa forma,nossos dados sugerem que o mecanismo alternativo de descarboxilação dependente de PCK, é induzido pelo déficit hídrico, e poderia ser adotado para a seleção de genótipos tolerantes à seca === Drought stress in sugarcane (Saccharum spp.) is one of the most harmful environmental stresses causing yield losses. To develop drought tolerant cultivars, the selection of genotypes with improved adaptation to this adverse environmental condition are highly required for sugarcane breeding programs. The objective of this dissertation was to investigate drought responses mechanism present in sugarcane by evaluation of physiological measurements, carbon isotope discrimination (\'delta\' 13C) and leakage of CO2 (\'phi\') between two contrasting sugarcane cultivars to drought stress. Further, the effect of drough on C4 photosynthetic mechanism was analized to inquire the enzymatic pathway involved in the transport of the C4 acids from mesophyll cells to the bundle sheath cells. Through physiological experiments, two contrasting cultivars, \'IACSP94 2094\' (tolerant) and \'IACSP97 7065\' (sensitive) to water deficit were screened among 10 cultivars submmited to drought prone field conditions. The \'delta\'13 C and \'phi\' analysis showed significant variation between the two cultivars during drought growth condictions wherein \'IACSP94-2094\' cultivar displayed high \'delta\' 13 C and \'phi\' rates. A quantitative expression profile and enzymatic activity were analyzed considering the three alternative pathways of C4 decarboxylation, NADP-dependent malic enzyme (NADP:ME), NAD dependent malic enzyme (NAD:ME) or phosphoenolpyruvatecarboxykinase (PCK) during drought stress. Despite the NADP-ME C4 mechanism present in Sugarcane, the increased expression and activity levels of PCK decarboxylation pathway was shown in the tolerant cultivar (\'IACSP94 2094\') during drought. However, the drought sensitive cultivar lacks the ability to triggers such a decarboxylation mechanism which suggest that this alternative mechanism might be associated with drought tolerance. The increased \'phi\' in PCKtype C4 plants was detected over the NADP:ME-type C4 plants which supports the presence of this alternative decarboxylation process. Altogether, the data presented here suggest that the PCK mechanism of decarboxylation is induced by drought stress and can be used to select drought tolerant genotypes