RESUMO

Urochloa brizantha is the main forage grass to raise cattle in Brazil, but salt stress can reduce yield. Physiological and molecular mechanisms of adaptation to salt stress remain poorly understood in this species. The objective of this study was to evaluate the responses of three cultivars of U. brizantha to in vitro salt stress. Seeds of three cultivars (Piatã, Marandu, and Xaraés) germinated in filter paper and then transferred to growth on culture mediain vitro containing 0, 50, 100, and 200 mg L-¹ of sodium chloride (NaCl). Biometric parameters and proline content were determined after 28 days. The data were subjected to analysis of variance and the separation of means was performed by the LSD test (p<0.05). Semi-quantitative expression of the Δ¹-pyrroline-5-carboxylate synthase (P5CS1) gene was performed. In all cultivars, increase of NaCl concentration in the media affected roots and shoots growth. Xaraes cultivar presented the greater biomass reduction while Marandu cultivar was the least affected. Salt stress increased by approximated 0.6folds transcription of the P5CS1gene in all cultivars. However, Marandu cultivar presented a higher proline content and least biomass reduction suggesting a better response to in vitro to salt stress.

Urochloa brizantha é a principal gramínea forrageira para a pecuária no Brasil, mas o estresse salino pode reduzir a produtividade. Os mecanismos fisiológicos e moleculares de adaptação ao estresse salino permanecem pouco conhecidos nesta espécie. O objetivo desse estudo foi avaliar as respostas de três cultivares de U. brizantha ao estresse salino in vitro. Sementes de três cultivares (Piatã, Marandu e Xaraés) germinaram em papel filtro e foram transferidas para cultivo em meio in vitro contendo 0, 50, 100 e 200 mg L-¹ de cloreto de sódio (NaCl). Os parâmetros biométricos e o conteúdo de prolina foram determinados após 28 dias. Os dados foram submetidos à análise de variância e separação de médias realizada pelo teste LSD (p <0,05). Foi realizada a expressão semi quantitativa do gene da Δ¹-pirrolina-5-carboxilato sintase (P5CS1). Em todas as cultivares, o aumento da concentração de NaCl no meio afetou o crescimento das raízes e da parte aérea. A cultivar Xaraes apresentou a maior redução na biomassa enquanto Marandu foi a menos afetada. O estresse salino foi aumentado pela transcrição de aproximadamente 0,7 vezes do gene P5CS1em todas as cultivares. No entanto, a cultivar Marandu apresentou maior teor de prolina e menor redução de biomassa, sugerindo melhor resposta ao estresse salino in vitro.

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Urochloa brizantha is the main forage grass to raise cattle in Brazil, but salt stress can reduce yield. Physiological and molecular mechanisms of adaptation to salt stress remain poorly understood in this species. The objective of this study was to evaluate the responses of three cultivars of U. brizantha to in vitro salt stress. Seeds of three cultivars (Piatã, Marandu, and Xaraés) germinated in filter paper and then transferred to growth on culture mediain vitro containing 0, 50, 100, and 200 mg L-¹ of sodium chloride (NaCl). Biometric parameters and proline content were determined after 28 days. The data were subjected to analysis of variance and the separation of means was performed by the LSD test (p<0.05). Semi-quantitative expression of the Δ¹-pyrroline-5-carboxylate synthase (P5CS1) gene was performed. In all cultivars, increase of NaCl concentration in the media affected roots and shoots growth. Xaraes cultivar presented the greater biomass reduction while Marandu cultivar was the least affected. Salt stress increased by approximated 0.6folds transcription of the P5CS1gene in all cultivars. However, Marandu cultivar presented a higher proline content and least biomass reduction suggesting a better response to in vitro to salt stress.(AU)

Urochloa brizantha é a principal gramínea forrageira para a pecuária no Brasil, mas o estresse salino pode reduzir a produtividade. Os mecanismos fisiológicos e moleculares de adaptação ao estresse salino permanecem pouco conhecidos nesta espécie. O objetivo desse estudo foi avaliar as respostas de três cultivares de U. brizantha ao estresse salino in vitro. Sementes de três cultivares (Piatã, Marandu e Xaraés) germinaram em papel filtro e foram transferidas para cultivo em meio in vitro contendo 0, 50, 100 e 200 mg L-¹ de cloreto de sódio (NaCl). Os parâmetros biométricos e o conteúdo de prolina foram determinados após 28 dias. Os dados foram submetidos à análise de variância e separação de médias realizada pelo teste LSD (p <0,05). Foi realizada a expressão semi quantitativa do gene da Δ¹-pirrolina-5-carboxilato sintase (P5CS1). Em todas as cultivares, o aumento da concentração de NaCl no meio afetou o crescimento das raízes e da parte aérea. A cultivar Xaraes apresentou a maior redução na biomassa enquanto Marandu foi a menos afetada. O estresse salino foi aumentado pela transcrição de aproximadamente 0,7 vezes do gene P5CS1em todas as cultivares. No entanto, a cultivar Marandu apresentou maior teor de prolina e menor redução de biomassa, sugerindo melhor resposta ao estresse salino in vitro.(AU)

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BACKGROUND: C4 plants have been classified into three subtypes based on the enzymes used to decarboxylate C4 acids in the bundle sheath cells (NADP-ME, NAD-ME and PEPCK pathways). Evidences indicate that, depending on environmental factors, C4 plants may exhibit a certain degree of flexibility in the use of the decarboxylation mechanisms. In this context, the objective was to extend the knowledge on the degree of flexibility between the pathways of decarboxylation in sugarcane, a NADP-ME species, at different levels of water deficit. RESULTS: An experiment was carried out with two cultivars - RB92579 (tolerant to water deficit) and SP80-3280 (susceptible to water deficit) subjected to moderate level (- 1.5 to - 1.8 MPa), severe level (below - 2.0 MPa) and recovery (48 h after rehydration) and changes in the activities of the enzymes involved in the three C4 mechanisms and in gene expression were investigated. Our results showed that sugarcane uses the PEPCK pathway as a decarboxylation mechanism in addition to the NADP-ME, which was more evident under water deficit conditions for both cultivars. CONCLUSIONS: The results obtained here, show that sugarcane increases the use of the PEPCK pathway as a decarboxylation mechanism, in addition to the NADP-ME pathway, under conditions of water deficit, particularly in the tolerant cultivar.

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O aumento da eficiência de uso do nitrogênio nas plantas cultivadas é resultado da melhoria nos mecanismos envolvidos na absorção, translocação, assimilação e remobilização do nitrogênio. Nesse estudo, plantas de tabaco com alto acúmulo de prolina causado pela inserção do gene mutante VaP5CSF129A sob controle do promotor constitutivo CaMV35S foram utilizadas como modelo para investigar o efeito da superexpressão do transgene na absorção e utilização de nitrogênio. Para tanto, foi conduzido um experimento em casa de vegetação, em delineamento inteiramente casualizado, em arranjo fatorial 2x5, formado por dois genótipos (evento transgênico e controle não transformado) e cinco doses de adubação nitrogenada (25, 50, 100, 200 e 400 kgha-¹ de nitrogênio). As plantas foram avaliadas quanto à altura, número de folhas, massa seca, teor de prolina livre, teores de nitrogênio e de proteína total; além das eficiências de absorção (EAbs), utilização (EUtil) e uso (EUN) do nitrogênio aplicado. As plantas do evento transgênico com alto acúmulo de prolina foram menos eficientes que as plantas controle em termos de absorção de nitrogênio, apresentando menores teores de nitrogênio nas folhas, raiz e na planta inteira, o que resultou em menor EAbs nessas plantas. Não houve diferença na eficiência de utilização de nitrogênio entre os genótipos transgênico e o controle. No entanto, as plantas transgênicas apresentaram menor EUN em comparação às plantas controle. Concluiu-se que plantas de tabaco transgênicas com alto acúmulo de prolina não apresentam potencial de utilização direta em sistemas agrícolas, uma vez que a alteração do balanço bioquímico entre os metabolismos de nitrogênio e carbono não resultou em plantas com maior eficiência de uso do nitrogênio.

Increasing the nitrogen use efficiency of crop plants is a result of the improvement in the mechanisms involved in nitrogen uptake, translocation, assimilation and remobilization. In this study, tobacco plants with high accumulation of proline caused by the insertion of the VaP5CSF129A mutant gene under control of the constitutive promoter CaMV35S was used as a model to investigate the effect of overexpression of the transgene in the uptake and utilization of N. For this, an experiment was carried out in a completely randomized design, in a 2x5 factorial arrangement, with two genotypes (transgenic event and untransformed control) and five levels of nitrogen fertilization (25, 50, 100, 200 and 400 kg N ha-¹), cultivated under greenhouse conditions. Plants were evaluated for height, number of leaves, dry mass, free proline content, nitrogen content, total protein content and use of the applied N (efficiency of absorption -EAbs, efficiency of leaf utilization –EUtil and efficiency of plant use -EUN). The transgenic plants with high proline accumulation were less efficient than the control plants in terms of nitrogen absorption (with lower N levels in root, leaves and whole plant), which resulted in lower EAbs. There was no difference between the transgenic and control genotypes for EUtil. However, the transgenic plants presented lower EUN in comparison to the control plants. Our data showed that transgenic tobacco plants with high proline accumulation do not have potential for direct use in agricultural systems, since the alteration of the biochemical balance between the metabolisms of nitrogen and carbon did not result in plants with higher EUN.

RESUMO

The Dof family (DNA-binding with One Finger) is a group of transcription factors that are involved in a variety of functions of importance for different biological processes in plants, such as plant growth, development and response to biotic and abiotic stresses. The Dof genes have been identified and characterized in many plant species, but so far there is no information about these genes in coffee species. In the present study, we identified 24 Dof members in Coffea canephora using the Coffee Genome Hub database. Systematic bioinformatics analyses were performed to characterize all CcDof genes, including complete genome sequence, conserved protein domains, subcellular locations, phylogenetic relationships and gene expression profiles in different tissues. The results obtained here provide new insights into the CcDof gene family, allowing the design of future experiments for the molecular characterization of these genes in coffee plants.

A família Dof (DNA-binding with One Finger) é um grupo de fatores de transcrição que desempenham papéis importantes no crescimento, desenvolvimento e na resposta das plantas aos estresses bióticos e abióticos. Os genes Dof foram identificados e caracterizados em várias espécies de plantas; entretanto até o presente momento não há informações sobre esses genes em café. No presente estudo foram identificados 24 membros da família Dof no genoma de C. canephora depositados no banco de dados Coffee Genome Hub. Análises sistemáticas de bioinformática foram realizadas para caracterizar os genes Dof em C. canephora, incluindo a análise de sequências genômicas, domínios proteicos conservados, localizações subcelulares, relações filogenéticas e perfis de expressão gênica em diferentes tecidos. Os resultados obtidos fornecem uma melhor compreensão sobre a família dos genes CcDof permitindo projetar experimentos futuros para caracterização molecular desses genes no cafeeiro.

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The Dof family (DNA-binding with One Finger) is a group of transcription factors that are involved in a variety of functions of importance for different biological processes in plants, such as plant growth, development and response to biotic and abiotic stresses. The Dof genes have been identified and characterized in many plant species, but so far there is no information about these genes in coffee species. In the present study, we identified 24 Dof members in Coffea canephora using the Coffee Genome Hub database. Systematic bioinformatics analyses were performed to characterize all CcDof genes, including complete genome sequence, conserved protein domains, subcellular locations, phylogenetic relationships and gene expression profiles in different tissues. The results obtained here provide new insights into the CcDof gene family, allowing the design of future experiments for the molecular characterization of these genes in coffee plants.(AU)

A família Dof (DNA-binding with One Finger) é um grupo de fatores de transcrição que desempenham papéis importantes no crescimento, desenvolvimento e na resposta das plantas aos estresses bióticos e abióticos. Os genes Dof foram identificados e caracterizados em várias espécies de plantas; entretanto até o presente momento não há informações sobre esses genes em café. No presente estudo foram identificados 24 membros da família Dof no genoma de C. canephora depositados no banco de dados Coffee Genome Hub. Análises sistemáticas de bioinformática foram realizadas para caracterizar os genes Dof em C. canephora, incluindo a análise de sequências genômicas, domínios proteicos conservados, localizações subcelulares, relações filogenéticas e perfis de expressão gênica em diferentes tecidos. Os resultados obtidos fornecem uma melhor compreensão sobre a família dos genes CcDof permitindo projetar experimentos futuros para caracterização molecular desses genes no cafeeiro.(AU)

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O aumento da eficiência de uso do nitrogênio nas plantas cultivadas é resultado da melhoria nos mecanismos envolvidos na absorção, translocação, assimilação e remobilização do nitrogênio. Nesse estudo, plantas de tabaco com alto acúmulo de prolina causado pela inserção do gene mutante VaP5CSF129A sob controle do promotor constitutivo CaMV35S foram utilizadas como modelo para investigar o efeito da superexpressão do transgene na absorção e utilização de nitrogênio. Para tanto, foi conduzido um experimento em casa de vegetação, em delineamento inteiramente casualizado, em arranjo fatorial 2x5, formado por dois genótipos (evento transgênico e controle não transformado) e cinco doses de adubação nitrogenada (25, 50, 100, 200 e 400 kgha-¹ de nitrogênio). As plantas foram avaliadas quanto à altura, número de folhas, massa seca, teor de prolina livre, teores de nitrogênio e de proteína total; além das eficiências de absorção (EAbs), utilização (EUtil) e uso (EUN) do nitrogênio aplicado. As plantas do evento transgênico com alto acúmulo de prolina foram menos eficientes que as plantas controle em termos de absorção de nitrogênio, apresentando menores teores de nitrogênio nas folhas, raiz e na planta inteira, o que resultou em menor EAbs nessas plantas. Não houve diferença na eficiência de utilização de nitrogênio entre os genótipos transgênico e o controle. No entanto, as plantas transgênicas apresentaram menor EUN em comparação às plantas controle. Concluiu-se que plantas de tabaco transgênicas com alto acúmulo de prolina não apresentam potencial de utilização direta em sistemas agrícolas, uma vez que a alteração do balanço bioquímico entre os metabolismos de nitrogênio e carbono não resultou em plantas com maior eficiência de uso do nitrogênio.(AU)

Increasing the nitrogen use efficiency of crop plants is a result of the improvement in the mechanisms involved in nitrogen uptake, translocation, assimilation and remobilization. In this study, tobacco plants with high accumulation of proline caused by the insertion of the VaP5CSF129A mutant gene under control of the constitutive promoter CaMV35S was used as a model to investigate the effect of overexpression of the transgene in the uptake and utilization of N. For this, an experiment was carried out in a completely randomized design, in a 2x5 factorial arrangement, with two genotypes (transgenic event and untransformed control) and five levels of nitrogen fertilization (25, 50, 100, 200 and 400 kg N ha-¹), cultivated under greenhouse conditions. Plants were evaluated for height, number of leaves, dry mass, free proline content, nitrogen content, total protein content and use of the applied N (efficiency of absorption -EAbs, efficiency of leaf utilization –EUtil and efficiency of plant use -EUN). The transgenic plants with high proline accumulation were less efficient than the control plants in terms of nitrogen absorption (with lower N levels in root, leaves and whole plant), which resulted in lower EAbs. There was no difference between the transgenic and control genotypes for EUtil. However, the transgenic plants presented lower EUN in comparison to the control plants. Our data showed that transgenic tobacco plants with high proline accumulation do not have potential for direct use in agricultural systems, since the alteration of the biochemical balance between the metabolisms of nitrogen and carbon did not result in plants with higher EUN.(AU)

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Galactinol synthase (GolS) is the enzyme that catalyzes the first step of the biosynthesis of the raffinose family oligosaccharides (RFOs), and is involved in many biological processes in plants. In the present study, four putative GolS genes were identified in the Musa acuminate genome. We further characterized these MaGolS genes in terms of protein length, molecular weight, theoretical isoelectric point and 3D protein structure. Genomic organization revealed that most MaGolS genes have four exons. The conserved motifs were identified, demonstrating high group-specificity of all MaGolS proteins. Multiple sequence alignment showed that the APSAA typical domain is present in all GolS proteins. Comparative phylogenetic analysis of the MaGolS proteins revealed three distinct groups. These data provide insight to support new studies a dressing the role of GolS genes in this important fruit species.

A galactinol sintase (GolS) é a enzima que catalisa o primeiro passo da biossíntese dos oligossacarídeos da família da rafinose (OFRs) e está envolvida em muitos processos biológicos nas plantas. No presente estudo, quatro genes GolS foram identificados no genoma de Musa acuminata. Esses genes MaGolS foram caracterizados em termos de comprimento de proteína, peso molecular, ponto isoelétrico teórico e estrutura 3D de proteína. A organização genômica revelou que a maioria dos genes MaGolS possui quatro éxons. Os motivos conservados foram identificados, demonstrando alta especificidade de grupo de todas as proteínas MaGolS. O alinhamento múltiplo das sequências mostrou que o domínio típico de APSAA está presente em todas as proteínas GolS. A análise filogenética comparativa das proteínas MaGolS revelou três grupos distintos. Estes dados fornecem insights para apoiar novos estudos sobre o papel dos genes GolS nesta importante espécie frutífera.

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Galactinol synthase (GolS) is the enzyme that catalyzes the first step of the biosynthesis of the raffinose family oligosaccharides (RFOs), and is involved in many biological processes in plants. In the present study, four putative GolS genes were identified in the Musa acuminate genome. We further characterized these MaGolS genes in terms of protein length, molecular weight, theoretical isoelectric point and 3D protein structure. Genomic organization revealed that most MaGolS genes have four exons. The conserved motifs were identified, demonstrating high group-specificity of all MaGolS proteins. Multiple sequence alignment showed that the APSAA typical domain is present in all GolS proteins. Comparative phylogenetic analysis of the MaGolS proteins revealed three distinct groups. These data provide insight to support new studies a dressing the role of GolS genes in this important fruit species.(AU)

A galactinol sintase (GolS) é a enzima que catalisa o primeiro passo da biossíntese dos oligossacarídeos da família da rafinose (OFRs) e está envolvida em muitos processos biológicos nas plantas. No presente estudo, quatro genes GolS foram identificados no genoma de Musa acuminata. Esses genes MaGolS foram caracterizados em termos de comprimento de proteína, peso molecular, ponto isoelétrico teórico e estrutura 3D de proteína. A organização genômica revelou que a maioria dos genes MaGolS possui quatro éxons. Os motivos conservados foram identificados, demonstrando alta especificidade de grupo de todas as proteínas MaGolS. O alinhamento múltiplo das sequências mostrou que o domínio típico de APSAA está presente em todas as proteínas GolS. A análise filogenética comparativa das proteínas MaGolS revelou três grupos distintos. Estes dados fornecem insights para apoiar novos estudos sobre o papel dos genes GolS nesta importante espécie frutífera.(AU)

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Plantas transgênicas de Coffea canephora P resistentes ao herbicida glufosinato de amônio foram regeneradas a partir de explantes foliares co-cultivados com Agrobacterium tumefaciens EHA105 contendo o plasmídio pCambia3301 que contém os genes bar e uidA ambos sob controle do promotor 35S. Embriogênese somática direta foi induzida no meio contendo » da concentração de macro, metade da concentração de micronutrientes do meio MS, constituintes orgânicos do meio B5 e 30 g.L-1 de sacarose suplementado com 5µM N6 – (2-isopentenil)-adenina (2-iP) e 10 µM de glufosinato de amônio para seleção de embriões transgênicos putativos. A presença e a integração do gene bar foram confirmados pelas análises de PCR e Southern blot. As plantas transgênicas selecionadas de café, pulverizadas com 1600 mg.L-1 do herbicida FinaleÔ que contém glufosinato como ingrediente ativo, mantiveram a coloração e continuaram crescendo normalmente na aclimatação ex vitro.