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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.11.2009.tde-14042009-082016
Document
Author
Full name
Danila Montewka Melotto-Passarin
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2009
Supervisor
Committee
Carrer, Helaine (President)
Farah, Shaker Chuck
Maia, Ivan de Godoy
Nogueira, Fabio Tebaldi Silveira
Silva Filho, Marcio de Castro
Title in Portuguese
Transformação genética de cana-de-açúcar por biolística e Agrobacterium tumefaciens visando estudar o mecanismo de morte celular programada
Keywords in Portuguese
Bactérias gram-negativas
Biolística
Biologia molecular vegetal
Cana-de-açúcar
Genética molecular vegetal
Variação genética em plantas.
Abstract in Portuguese
A cana-de-açúcar é uma das principais culturas agrícolas plantadas no Brasil e apresenta significativa importância sócio-econômica e agroindustrial ao país. O cenário mundial encontrase bastante favorável no que concerne à comercialização de seus dois principais produtos derivados, o açúcar e o álcool, impulsionando o desenvolvimento do setor sucroalcooleiro nacional. Neste sentido, o melhoramento genético da cana-de-açúcar aparece como base fundamental para o desenvolvimento de novas variedades para a manutenção e incremento dos agronegócios da agroindústria sucroalcooleira. Técnicas de engenharia genética, como a transformação genética nuclear, estão trazendo excelentes resultados no melhoramento genético da cultura, permitindo diminuir o custo e o tempo de obtenção de novas variedades. Baseando-se na importância em se obter variedades tolerantes a diferentes estresses bióticos e abióticos que induzem perturbações metabólicas e ativam o processo de morte celular programada, o presente trabalho teve por objetivo transformar geneticamente a variedade de cana-de-açúcar RB835089 com o cDNA do gene AtBI-1 isolado de Arabidopsis thaliana, visando suprimir a indução do mecanismo de morte celular sob condição de estresse. Para isto, calos embriogênicos foram utilizados como explante alvo, empregando-se dois métodos de transformação, a cotransformação por biolística, e o mediado por Agrobacterium tumefaciens no qual foram testadas duas técnicas: (a) inoculação direta dos calos em suspensão bacteriana; e (b) agrobiolística que é o bombardeamento dos calos com partículas de tungstênio seguido da inoculação em suspensão bacteriana. A proteína AtBI-1 (Bax inhibitor-1) apresenta homólogos em outros organismos e está localizada na membrana do retículo endoplasmático. Ela apresenta funções citoprotetoras modulando o mecanismo de morte celular programada induzida por estresses bióticos e abióticos. Como resultados deste trabalho, diferentes taxas de eficiência da transformação genética foram obtidas pelo método mediado por A. tumefaciens nas duas técnicas testadas, sendo que suas taxas foram superiores às alcançadas pelo método de co-transformação por biolística. A expressão heteróloga do cDNA do gene AtBI-1 em cana-de-açúcar atenuou a indução das vias de morte celular em presença do antibiótico tunicamicina, indutor do estresse no retículo endoplasmático, sendo comprovado pela maior tolerância ao estresse das plantas transgênicas quando comparadas com as plantas não transformadas que foram afetas no crescimento do sistema radicular, conteúdo de clorofila total, apresentando sintomas típicos de morte celular programada como clorose foliar e morfologia irregular das raízes, com consequente morte do sistema radicular.
Title in English
Genetic transformation of sugarcane by biolistic and Agrobacterium tumefaciens to study the mechanism of programmed cell death
Keywords in English
Abiotic stress
Agrobacterium tumefaciens
AtBI-1 gene
biolistic
Genetic transformation
Programmed cell death
Sugarcane
Tunicamycin antibiotic.
Abstract in English
Sugarcane is one of the main crops planted in Brazil and presents significant socioeconomic and agribusiness importance to the country. The world scene is quite favorable as regards the marketing of its two main products, sugar and alcohol, driving the development of the national sugar-alcohol sector. Therefore, the sugarcane genetic breeding appears as the fundamental base for developing new varieties for the maintenance and increase of agribusiness in the sugarcane agroindustry. Genetic engineering techniques, such as the nuclear genetic transformation, are providing excellent results in genetic breeding of this crop allowing reducing the cost and time to obtain new varieties. Based on the importance of obtaining varieties tolerant to different biotic and abiotic stresses that induce metabolic disturbances and activate the process of programmed cell death, this work aimed to transform sugarcane variety RB835089 with the cDNA of AtBI-1 gene, isolated from Arabidopsis thaliana, to suppress the induction of the cell death mechanism under stress condition. For this, embryogenic calli were used as target explant, by using two methods of transformation, the cotransformation by biolistic, and mediated by Agrobacterium tumefaciens in which two techniques were tested: (a) direct inoculation of calli in bacterial suspension; (b) agrobiolistic which is the bombardment of calli with tungstein particles followed by inoculation in bacterial suspension. The AtBI-1 protein (Bax inhibitor-1) presents homologs in other organisms and is located in the endoplasmic reticulum membranes. It has cytoprotective functions by modulating the mechanism of programmed cell death induced by biotic and abiotic stresses. As results of this work, different efficiency rates in genetic transformation were obtained in the method mediated by A. tumefaciens in the two techniques tested, and that their rates were higher than those achieved using the cotransformation by biolistic. The heterologous expression of cDNA of AtBI-1 gene in sugarcane attenuated the induction of cell death pathways in the presence of tunicamycin antibiotic, an inducer of stress in the endoplasmic reticulum, being proven by the increased stress tolerance of transgenic plants compared with sugarcane wild type that were affected in the root growth, total chlorophyll content, showing typical symptoms of programmed cell death such as leaf chlorosis and irregular morphology of the roots, with subsequent death of the root system.
 
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Danila_Passarin.pdf (16.82 Mbytes)
Publishing Date
2009-04-16
 
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