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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.41.2018.tde-02042018-094714
Documento
Autor
Nome completo
Alessandra Cavalcanti Duarte Lupi
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2017
Orientador
Banca examinadora
Rossi, Maria Magdalena (Presidente)
Castelan, Florence Polegato
Fabi, João Paulo
Título em inglês
Light and hormonal regulation of the tomato plastidial development and maintenance gene GOLDEN 2-LIKE 2 and its effect on fruit nutritional quality
Palavras-chave em inglês
Chloroplast
Golden 2-Like
Light
Phytohormones
Tomato
Resumo em inglês
Plastids are organelles responsible for several essential aspects for plant development, like photosynthesis, nitrogen assimilation and synthesis of several compounds of secondary metabolism. Chloroplasts differentiation and activity are highly regulated by light, and several proteins and mechanisms involved in these processes have been characterized. The GOLDEN 2-LIKE (GLK) transcription factors controls the expression of several genes related to photosynthesis, plastid biogenesis and maintenance. Solanum lycopersicum genome harbors two copies of this gene, SlGLK1 and SlGLK2 and, although they are functionally redundant, their expression pattern is different, once SlGLK1 predominates in leaves, while only SlGLK2 is expressed in fruit, precisely at the pedicel region. During tomato domestication, selection for varieties that ripened evenly resulted in the fixation of uniform ripening mutation (Slglk2) in most cultivated varieties, resulting in alterations in fruit metabolic composition. In this context, the objective of this work was to functionally characterize SlGLK2 gene aiming to understand in which way phytochrome mediated light and phytohormones, particularly auxins and cytokinins, regulates this gene expression, and how SlGLK2 presence affects fruit nutritional quality. To achieve this, a detailed transcriptional profile of SlGLK2 was performed in fruits of wild plants, Slglk2 mutant and plants deficient for light perception or hormonal signaling. The effect of SlGLK2 over nutritional quality was evaluated by characterizing carbon and vitamin E metabolism. Additionally, reporter protein GUS activity was quantified in transgenic plants that express uidA gene under control of promoters responsive to cytokinins or auxins in SlGLK2 or Slglk2 genotypes, to analyze if hormonal activity is affected by SlGLK2 presence. Finally, in order to verify if the presence of SlGLK2 is sufficient to reverse the chlorotic phenotype of the mutant aurea, promoting the differentiation and plastidial maturation even in the absence of functional phytochromes, transgenic lines were generated by overexpressing the SlGLK2 gene on aurea-Slglk2 genetic background. The integrated data analysis allowed us to conclude that the content of soluble sugars and vitamin E correlate with the expression of SlGLK2, that the expression of SlGLK2 is repressed by auxins, that SlGLK2 positively participates in the signaling of cytokinins, and that its overexpression partially reverts the phenotype of the aurea-Slglk2 mutant fruits. The results obtained in this work contributes to a better understanding of the regulatory network that interconnects SlGLK2 gene, phytohormones and light, promoting the plastidial activity and consequently, determining the nutritional quality of the tomato fruit, an important component of the human diet
Título em português
Regulação luminosa e hormonal do gene de biogênese e manutenção plastidial GOLDEN 2-LIKE 2 de tomateiro e seu efeito na qualidade nutricional dos frutos
Palavras-chave em português
Cloroplasto
Fitormônios
Golden 2-Like
Luz
Tomate
Resumo em português
Os plastídios são organelas responsáveis por diversos aspectos essenciais do desenvolvimento das plantas como a fotossíntese, assimilação de nitrogênio e síntese de diversos compostos do metabolismo secundário. A diferenciação e atividade dos cloroplastos são altamente reguladas pela luz, e diversas proteínas e mecanismos envolvidos nestes processos têm sido caracterizados. Os fatores de transcrição GOLDEN 2-LIKE (GLKs) controlam a expressão de diversos genes relacionados à fotossíntese, biogênese e manutenção plastidial. Solanum lycopersicum possui duas cópias desses genes, SlGLK1 e SlGLK2 e, embora sejam funcionalmente redundantes, seu padrão de expressão é diferente, uma vez que SlGLK1 predomina nas folhas ao passo que SlGLK2 é expresso apenas nos frutos, mais precisamente na região pedicelar. Durante o processo de domesticação do tomateiro, a seleção de variedades de amadurecimento uniforme resultou na fixação da mutação uniform ripening (Slglk2) na maioria das variedades cultivadas, resultando em mudanças na composição metabólica dos frutos. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo geral caracterizar funcionalmente o gene SlGLK2 visando compreender de que forma a luz (mediada por fitocromos) e os fitormônios (particularmente citocininas e auxinas), regulam a expressão deste gene e como a presença de SlGLK2 afeta a qualidade nutricional dos frutos. Para isso, foi realizado um detalhado perfil transcricional de SlGLK2 em frutos de plantas selvagens, Slglk2 mutantes e deficientes para a percepção luminosa e para a sinalização hormonal. O efeito de SlGLK2 sobre a qualidade nutricional foi avaliado caracterizando o metabolismo de carbono e de vitamina E. Adicionalmente, foi quantificada a atividade da proteína repórter GUS em plantas transgênicas que expressam o gene uidA sob controle de promotores responsivos a citocininas ou auxinas em plantas com genótipo SlGLK2 ou Slglk2 para analisar se a atividade hormonal é afetada pela presença de SlGLK2. Finalmente, com o intuito de verificar se a presença de SlGLK2 é suficiente para reverter o fenótipo clorótico do mutante aurea, promovendo a diferenciação e maturação plastidial mesmo na ausência de fitocromos funcionais, foram geradas linhagens transgênicas sobreexpressando o gene SlGLK2 em fundo genético aurea-Slglk2. A Análise dos resultados permitiu concluir que o conteúdo de açúcares solúveis e vitamina E correlacionam com a expressão de SlGLK2, que a expressão de SlGLK2 é reprimida por auxinas, que SlGLK2 participa positivamente da sinalização de citocininas, e que a sua sobreexpressão reverte, parcialmente, o fenótipo dos frutos da mutante aurea-Slglk2. Os resultados obtidos nos levam a uma melhor compreensão da rede regulatória que interconecta o gene SlGLK2, os fitormônios e a luz promovendo a atividade plastidial e, por consequência, determinando a qualidade nutricional dos frutos de tomateiro, importante componente da dieta humana
 
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Data de Liberação
2020-04-01
Data de Publicação
2018-04-18
 
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