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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.41.2014.tde-01092014-091146
Document
Author
Full name
Nielda Karla Gonçalves de Melo
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2014
Supervisor
Committee
Freschi, Luciano (President)
Magalhães, José Ronaldo
Purgatto, Eduardo
Title in Portuguese
Interação entre a sinalização luminosa, hormonal e do óxido nítrico durante o desestiolamento e desenvolvimento plastidial em plântulas de tomateiro
Keywords in Portuguese
Fitocromos
Fitormônios
Fotomorfogênese
Óxido nítrico
Tomateiro
Abstract in Portuguese
O desestiolamento vegetal envolve a conversão de etioplastos em cloroplastos maduros e plenamente funcionais, sendo desencadeado pela luz através de um processo multifacetado que se baseia em redes de sinalização endógenas diversificadas e altamente coordenadas. Acredita-se que hormônios vegetais ou outras moléculas sinalizadoras, tais como o radical livre óxido nítrico (NO), desempenham papel importante na regulação desse conjunto de respostas fotomorfogênicas. No presente estudo, buscamos investigar, de forma integrada, a influência do NO, do etileno e das auxinas na indução do acúmulo de pigmentos fotossintéticos e desenvolvimentos dos cloroplastos desencadeados pela luz em plântulas de tomateiro (Solanum lycopersicum). Por meio da determinação do padrão temporal de acúmulo de pigmentos fotossintéticos, diferenciação de etioplastos em cloroplastos, flutuações nos teores endógenos de NO e na atividade e estado de ativação da nitrato redutase (NR) em plântulas do tipo selvagem (cultivar Micro-Tom, MT) e de mutantes fotomorfogênicos (áurea and high pigment 1) mantidas sob escuro contínuo ou expostas às luzes monocromáticas vermelha e azul, pudemos constatar uma clara correlação positiva entre a produção de NO via NR e a indução do acúmulo de pigmentos e desenvolvimento dos cloroplastos em resposta à luz. Dando suporte à importância da NR como fonte biossintética de NO nas plântulas de tomateiro em processo de desestiolamento, constatou-se que as diferentes estratégias empregadas com o intuito de inibir a indução da atividade dessa enzima em resposta à luz resultaram em reduções consideráveis na produção endógena de NO. De modo interessante, tratamentos com NO estimularam o acúmulo de pigmentos e a diferenciação plastidial nas células cotiledonares do mutante áurea sob luz vermelha, indicando, portanto, que essa molécula sinalizadora seria capaz de complementar a deficiência partial na percepção da luz vermelha característica desse mutante deficiente em fitocromos. Em paralelo, um antagonismo mútuo entre o NO e o etileno foi evidenciado por meio de uma série de constatações. (i) O acúmulo de pigmentos e diferenciação de cloroplastos induzidos nas plântulas de tomateiro em resposta às luzes vermelha e azul coincidiram temporalmente com um aumento e diminuição nas emissões de NO e etileno, respectivamente. (ii) Enquanto o NO se mostrou estimulatório ao acúmulo de pigmentos, tratamentos com etileno gasoso ou com o seu precursor (o ácido 1-aminociclopropano-1-carboxílico, ACC) drasticamente inibiram o acúmulo de pigmentos em resposta às luzes vermelha ou azul. (iii) Plântulas em processo de desestiolamento tratadas com etileno ou ACC apresentaram níveis reduzidos de NO, ao passo que plântulas do mutante com baixa sensibilidade ao etileno Never ripe (Nr) exibiram teores de NO endógeno significativamente aumentados. (iv) Plântulas de Nr em processo de desestiolamento apresentaram incrementos consideráveis tanto na atividade total quanto no estado de ativação da NR, uma enzima produtora de NO. (v) NO exógeno reduziu drasticamente a emissão de etileno em plântulas do mutante áurea mantidas sob luz vermelha. Em contrapartida, diversas evidências revelaram um sinergismo mútuo entre auxinas e NO durante o processo de destiolamento em plântulas de tomateiro. (i) O acúmulo de NO em resposta à luz coincidiu com um aumento na ativação do promotor sintético responsivo à auxinas DR5 em plantas de MT expostas às luzes vermelha ou azul. (ii) A suplementação com NO gasoso reestabeleceu a reduzida ativação do promotor DR5 observada em plântulas de áurea sob luz vermelha. (iii) Os teores endógenos de NO foram drasticamente aumentados e diminuídos em plântulas do mutante com baixa sensibilidade à auxinas (diageotropica) e no mutante hipersensível à auxinas (entire), respectivamente. Em conjunto, os dados obtidos parecem indicar que durante a indução do acúmulo de pigmentos fotossintéticos e diferenciação de cloroplastos em plântulas estioladas de tomateiro as interações NO-etileno e NO-auxinas seriam controladas via mecanismos regulatórios de retroalimentação positiva e negativa, respectivamente; e, assim, tais relações hormonais desempenhariam papel importante na coordenação da transição dessas plântulas do estado estiolado para o desenvolvimento fotomorfogênico
Title in English
Interaction between light, hormonal and nitric oxide signaling during greening and palstid development in tomato seedlings
Keywords in English
Nitric oxide
Photomorphogenesis
Phytochromes
Phytohormones
Tomato
Abstract in English
The transition from etiolated to green seedlings involves the conversion of etioplasts into mature, functional chloroplasts via a multifaceted light-driven process comprising multiple and tightly coordinated endogenous signaling networks. Plant hormones and other signaling molecules, such as the free radical nitric oxide (NO), are believed to play important roles in controlling the acquisition of these photomorphogenic traits. In the present study, we investigated, in an integrated way, the influence of NO, ethylene and auxins on the light-evoked greening and chloroplast development in tomato (Solanum lycopersicum) seedlings. By determining the time course of photosynthetic pigments accumulation, etioplast-to-chloroplast differentiation, fluctuations in endogenous NO content and in nitrate reductase (NR) total activity and activation state in wild type (Micro-Tom cultivar, MT) and in photomorphogenic mutants (aurea and high pigment 1) seedlings maintained under continuous darkness or exposed to monochromatic red (RL) or blue light (BL), we evidenced a clearly positive correlation between the NO production via NR and the light-induced cotyledon greening and chloroplast maturation. Supporting a role for NR as an important biosynthetic source of NO in de- etiolating tomato seedlings, different strategies employed to inhibit the light-evoked increment in the activity of this enzyme successfully reduced the endogenous NO production. Interestingly, exogenous NO stimulated greening and chloroplast differentiation in cotyledon cells of áurea seedlings maintained under RL, thereby indicating that this signaling molecule might complement the partial deficiency in RL perception characteristic of this phytochrome-deficient mutant. In parallel, a mutual antagonism between NO and ethylene was evidenced by a number of findings. (i) RL- or BL-induced greening and chloroplast differentiation in tomato seedlings temporally coincided with increases and decreases in NO and ethylene emission, respectively. (ii) Whereas NO stimulated cotyledon greening, treatments with gaseous ethylene or its precursor (1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid, ACC) severally impaired either RL- or BL-induced greening in MT. (iii) Ethylene- or ACC-treated de-etiolating seedlings presented significantly lower NO levels whereas the ethylene-insensitive Never ripe (Nr) mutant exhibited increased endogenous NO content. (iv) De-etiolating Nr seedlings exhibited increased total activity and activation state of the NO-generating enzyme NR. (v) Exogenous NO drastically reduced ethylene emission in au seedlings maintained under RL. On the other hand, a series of evidence indicated a mutual synergism between auxins and NO in de-etiolating tomato seedlings. (i) The light-induced NO accumulation coincided with an increased activation of the synthetic auxin-responsive promoter DR5 in both RL- and BL-exposed MT seedlings. (ii) Exogenous NO completely rescued the reduced activation of the DR5 promoter observed in au seedlings under RL. (iii) Endogenous NO was drastically decreased and increased in de-etiolating seedlings of auxin-insensitive (diageotropica) and auxin-hypersensitive (entire) tomato mutants, respectively. Taken together, these data reveal that negative and positive feedback regulatory loops orchestrate ethylene-NO and auxin-NO interactions during the light-triggered cotyledon greening and chloroplast differentiation in de-etiolating tomato seedlings, reinforcing the importance of these signaling molecules during the coordination of seedling transition from the etiolated state to photomorphogenic growth
 
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Publishing Date
2014-09-04
 
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