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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.11.2020.tde-20200111-131113
Document
Author
Full name
Luciana Santos Rodrigues Costa Pinto
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2000
Supervisor
Title in Portuguese
Avaliação do metabolismo fotossintético de plantas transgênicas de tabaco (Nicotiana tabacum) que expressam o gene Lhcb1*2 constitutivamente, em condições de alta luminosidade
Keywords in Portuguese
EXPRESSÃO GÊNICA
FUMO TRANSGÊNICO
METABOLISMO FOTOSSINTÉTICO
Abstract in Portuguese
A luz é um fator determinante da produtividade das plantas. Entretanto, pode também ser limitante ao füncionamento do aparato fotossintético. Assim, as plantas precisam adaptar-se aos níveis de luz em seu ambiente para preservar e optimizar a funcionalidade do aparato fotossintético. Tais adaptações tornam-se cruciais sob condições onde o fluxo de energia absorvida excede ou limita a capacidade fotossintética. A adaptação do aparato fotossintético à luz requer um delicado e preciso balanço entre a necessidade do uso da luz absorvida para a fotossíntese e a dissipação segura do potencialmente danoso excesso de energia luminosa (Gilmore, 1997). Apesar da capacidade de aclimatação das plantas às condições de luz em seu ambiente ser bastante conhecida e extensivamente descrita, os mecanismos que governam esse processo são ainda desconhecidos (Lindahl et al., 1995; Yang et al., 1997). A conversão da energia solar em energia química durante a fotossíntese é um evento de membrana, pois os componentes envolvidos na captação de luz, transporte de elétrons e reações enzimáticas, necessárias para a produção de compostos ricos em energia (ATP e NADPH), estão todos ligados à membrana dos tilacóides nos cloroplastos (Anderson & Styring, 1991). As proteínas (Cab) são as mais abundantes proteínas, associadas ao LHCIIb da membrana dos tilacóides de plantas superiores. Esse complexo não é apenas um componente-chave para a captação e transferência de energia luminosa, mas também é essencial para a regulação e distribuição da energia de excitação dentro do aparato fotossintético em resposta às flutuações de curto e longo prazo na intensidade e qualidade da luz (Anderson & Andersson, 1988). Os polipeptídeos que formam o LHCII são codificados por famílias de multigenes nucleares, os genes Lhe (Jansson et al., 1992). Plantas transgênicas de tabaco (Nicotiana tabacum) que expressam constitutivamente o gene quimérico Lhcbl*2 de ervilha (Ko et al., 1992) foram usadas como modelo para estudos de ajustes do metabolismo a curto e longo prazo e mecanismos de aclimatação em resposta à alta luminosidade, comumente encontrada em condições de campo. A avaliação do metabolismo fotossintético foi feito através de estudos de assimilação de CO2, fluorescência da clorofila a, fluxo de metabólitos do Ciclo de Calvin-Benson e síntese de açúcares (amido e sacarose), além de estudos de quantificação de pigmentos e carotenóides do Ciclo das Xantofilas, composição de proteínas do LHCII e PSII e alterações anatômicas e estruturais de folhas de tabaco transgênicas (TR1 e TR2) e selvagens (WTSR1). Os resultados obtidos mostraram que as plantas transgênicas apesar da superexpressão do gene Lhcbf *2, são capazes de se adaptar e se desenvolver em condições de alta luminosidade. Isso se deve principalmente , a mecanismos eficientes de fotoproteção via dissipação do excesso de energia absorvida, confirmado pelos maiores valores de NPQ, e também por alterações tanto na estrutura foliar quanto dos fotossistemas na membrana dos tilacóides, que pode ter levado inclusive, a mudanças na biogênese dos cloroplastos.
Title in English
Analysis of the photosyntetic metabolism in transgenic lines of tobaco (Nicotiana tabacum) over expressing the Llcb1*2 gene constitutively, under saturating light irradiance.
Abstract in English
Light is an important component in a plant's productivity. However, it may also be a limiting factor for photosynthesis. Therefore, the plant's capacity to adapt to different light conditions in their environment, is an important adaptive characteristic. The capacity to adjust the photosynthetic machinery is essential under conditions where the flux of absorbed energy exceeds or limits the photosynthetic capacity. The adaptation of the photosynthetic apparatus to the light is dependent upon a precise balance between the necessity for use of the absorbed light and the dissipation of the excess energy (Gilmore. 1997). Although the capacity of higher plants acclimates to light intensity in their environment is well known and extensively described, the mechanisms which lead this process are still not clear (Lindahl et al., 1995; Yang et al.,1997). The conversion of solar energy into chemical energy during photosynthesis is a membrane event; the components involved in the absorption of light, electron transport and enzymatic reactions, needed for the production of compounds rich in energy (ATP and ADP), are all linked to the thylakoid membranes in the chloroplasts. (Anderson & Styring, 1991 ). The cab proteins are the major proteins, associated to the LHCIIb of the thylakoid membrane in higher plants. This complex is not solely a key-compound for the absorption and transfer of light energy, it is also essential for the regulation and distribution of the excitation energy inside the photosynthetic apparatus in response to the short or long term variations in the intensity and quality of light (Anderson & Anderson, 1988). The LHCII polypeptides are coded by nuclear multigene families, the Lhc genes (Jansson et al., 1992). Transgenic tobacco lines (Nicotiana tabacum) which overexpress constitutively the chimeric pea gene Lhcb1*2 (Ko et al., 1992) were used as a model system for the study of the metabolism involved in the mechanism of acclimation in response to high irradiance. The evaluation of the photosynthetic metabolism was done by measurements of CO2 assimilation, chlorophyl a fluorescence, metabolite flux and sugar synthesis (starch and sucrose ), along with the determination of pigments and carotenoids of the Xantophyl Cycle, protein composition of the LHCII and PSII, and alterations in the structure and anatomy of the transgenic tobacco leaves (TR1 and TR2) and wild type (WTSRI). The results show that although the transgenic plants were able to adapt and develop under high light, mainly due to an efficient mechanisms of photoprotection via dissipation of the excess of absorbed energy, confirmed by the higher values of NPQ and also by the alterations either in foliar structure and in the protein complexes of the thylakoid membranes, Ieading to changes in the chloroplast biogenesis.
 
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Publishing Date
2020-01-11
 
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