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Tesis Doctoral
DOI
10.11606/T.11.2016.tde-05072016-163804
Documento
Autor
Nombre completo
Janaina de Santana Borges
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
Piracicaba, 2016
Director
Título en portugués
Proteômica quantitativa e metabolômica do híbrido Eucalyptus grandis x E. camaldulensis, tolerante e susceptível ao déficit hídrico
Resumen en portugués
O E. grandis x E. camaldulensis possui características favoráveis de adaptação à seca, conferidas pelo E. camaldulensis e qualidade da madeira para papel e celulose, conferida pelo E. grandis. Esta adaptação à seca está relacionada a fatores fisiológicos e também moleculares, expressos em sua proteoma e metaboloma, que se alteram na presença do estresse. Objetiva-se neste trabalho estudar as respostas fisiológicas, proteômicas e metabolômicas (metabólitos primários) diferencialmente expressos em folhas de Eucalyptus submetidas ao déficit hídrico. Dois genótipos de E. grandis x E. camaldulensis, sendo um tolerante (T) e um susceptível (S) ao déficit hídrico foram submetidos à 100% e 30% da capacidade de campo (CC), para as plantas bem irrigadas e as em déficit hídrico, respectivamente. Os tratamentos foram chamados de T100, T30, S100 e S30 para os diferentes genótipos, T e S, submetidos a diferentes CC, 100% e 30%. Estas plantas foram avaliadas fisiologicamente com auxílio do equipamento Infrared Gas Analyzer (IRGA). Foram empregadas técnicas de proteômica quantitativa, label-free e shotgun, através do uso de UPLC-MSE. O estudo de metabolômica ocorreu através da utilização do GC x GC-TOF/MS. Os dados de proteômica foram processados no programa Protein Lynx Global Server (PLGS) e ExpressionE, através das análises comparativas S100 vs S30 e T100 vs T30, e dos metabólitos primários nos programas ChromaTOF e MetaboAnalyst. Foi possível observar que o T100 apresentou menor taxa fotossintética e condutância estomática do que o S100. Ambos os genótipos apresentaram taxas fotossintéticas e condutância estomática muito menores a 30% da CC do que a 100% da CC. A análise proteômica identificou um total de 397, 305, 366, 309 proteínas nos tratamentos S100, S30, T100 e T30 respectivamente. As análises comparativas por PLGS constataram que houve um aumento no número de proteínas diferencialmente expressas na presença do déficit hídrico. Cinco processos biológicos que apresentaram um aumento no número de proteínas diferencialmente expressas na presença do déficit hídrico foram: homeostase celular, fotossíntese, resposta ao estímulo abiótico, resposta ao estresse e morte celular. Três vias biológicas que apresentaram a participação de muitas enzimas identificadas, relacionadas a processos fotossintéticos, foram: fixação de carbono em organismos fotossintéticos, ciclo TCA e glicólise/gluconeogênese. O déficit hídrico diminuiu o número de proteínas diferencialmente expressas relacionadas ao processo metabólico de compostos contendo bases nucleares, regulação biológica e processo biossintético, que estão relacionados ao crescimento, desenvolvimento e manutenção dos processos vitais das plantas. Em relação à análise metabolômica foram identificados um total de 93, 94, 90 e 91 metabólitos primários nos tratamentos S100, S30, T100 e T30, respectivamente. Utilizando o programa Metaboanalyst, foi possível identificar os 15 metabólitos que mais contribuíram para a separação dos tratamentos, com maiores "VIP scores", sendo alguns responsivos ao déficit hídrico. A via da purina e arginina foi identificada como a mais frequente dentre os metabólitos identificados com VIP score ≥ 1,5.
Título en inglés
Quantitative proteomics and metabolomics of the hybrid Eucalyptus grandis x E. camaldulensis, tolerant and susceptible to drought stress
Resumen en inglés
The E. grandis x E. camaldulensis has favourable characteristics of adaptation to drought, conferred by E. camaldulensis and quality of wood for pulp and paper, conferred by E. grandis. This adaptation to drought is related to physiological factors and also expressed in their molecular proteome and metabolome, which change in the presence of stress. The aim of this work was to study the physiological responses, proteomics and metabolomics (primary metabolites) differentially expressed in leaves of Eucalyptus under drought. Two genotypes of E. grandis x E. camaldulensis, a tolerant (T) and a susceptible (S) to drought stress, were subjected to 100% and 30% of field capacity (FC), for the well-watered plants and drought stressed plants, respectively. The treatments were called T100, T30, S100 and S30 for different genotypes, T and S, submitted to different FC, 100% and 30%. These plants were evaluated physiologically using the Infrared Gas Analyzer (IRGA). Label-free and shotgun quantitative proteomics were realized using UPLC-MSE. The metabolomics study was carried out using GC x GC-TOF/MS mass spectrometer. The proteomics data were processed using the Protein Lynx Global Server program (PLGS) and ExpressionE program, through comparative analyses S100 vs S30 and T100 vs S30, and primary metabolites in ChromaTOF and MetaboAnalyst programs. It was observed that T100 had lower photosynthetic rate and stomatal conductance than S100. Both genotypes showed stomatal conductance and photosynthetic rates lower at 30% of FC than at 100% of FC. The proteomic analysis identified a total of 397, 305, 366, 309 proteins in the treatments S100, S30, T100 and T30 respectively. Comparative PLGS analyses showed an increase in the number of differentially expressed proteins under drought stress. The five biological processes that showed an increase in the number of differentially expressed proteins under drought stress were: cellular homeostasis, photosynthesis, response to abiotic stimulus, response to stress and cell death. The three biological pathways that had the participation of many identified enzymes, which are related to photosynthetic processes, were: carbon fixation in photosynthetic organisms, TCA cycle and glycolysis / gluconeogenesis. The drought reduced the number of differentially expressed proteins related to the metabolism of compounds containing nuclear bases, biological regulation and biosynthetic process, which were related to growth, development and maintenance of the vital processes of plants. The metabolomic analysis identified a total of 93, 94, 90 and 91 primary metabolites in the treatments S100, S30, T100 and T30, respectively. Using Metaboanalyst program, it was possible to identify 15 metabolites that contributed to the separation of treatments with higher "VIP scores", some of these are responsive to drought. The purine and arginine pathway was identified as the most frequent among the metabolites identified with VIP score ≥ 1.5.
 
Fecha de Publicación
2016-07-18
 
Todos los derechos de la tesis/disertación pertenecen a los autores
CeTI-SC/STI
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