Contribuição de variações no perfil de metilação do DNA e alterações metabólicas e fisiológicas para adaptação de plantas de arroz (Oryza sativa L.) a sistemas de cultivo com baixo teor de nitrogênio

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Pereira, Erinaldo Gomes
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRRJ
Texto Completo: https://rima.ufrrj.br/jspui/handle/20.500.14407/9056
Resumo: Deficiência por nitrogênio (N) é um estresse abiótico a que plantas de arroz estão susceptíveis ao longo do ciclo de cultivo, devido sobretudo à grande demanda por N apresentada por essa cultura e, também, pela fácil perda desse nutriente no solo. A metilação do DNA é um mecanismo epigenético que afeta o desempenho das plantas frente a diversos estresses ambientais. Os objetivos dessa pesquisa foram: 1) verificar se plantas de arroz submetidas ao estresse pelo baixo fornecimento de N modificam o perfil de metilação do DNA; 2) verificar possíveis alterações no perfil de metilação do DNA, modificações morfo-fisiológicas, metabólicas, e expressão gênica em plantas de arroz submetidas a diferentes ciclos de cultivo com baixo N ; 3) estabelecer relações entre modificações na metilação do DNA e alterações morfo-fisiológicas e metabólicas; 4) determinar se a exposição a ciclos de cultivo com baixo N resulta em plantas melhor adaptadas a essa condição. Para isso, as variedades de arroz Esmeralda (melhorada), Manteiga e Piauí (tradicionais do estado do Maranhão), foram submetidas aos seguintes tratamentos: Controle – plantas cultivadas com N-suficiente (60 kg N ha-1) durante três ciclos de cultivo sucessivos; NS1 – plantas cultivadas com baixo N (10 kg N ha-1) somente no último ciclo de cultivo (primeira exposição ao estresse); NS2 – plantas cultivadas com baixo N no primeiro e terceiro ciclo de cultivo (estresse intermitente); NS3 – plantas cultivadas com baixo N durante três ciclos sucessivos (estresse recorrente). Foi verificado em plantas da variedade Esmeralda uma redução na metilação total do DNA cultivadas com baixo N em comparação ao controle. Plantas submetidas aos tratamentos de baixo N apresentaram maior redução no número de bandas hemi-metiladas em detrimento de bandas totalmente metiladas. A redução mais severa no número de bandas hemi-metiladas foi verificada em plantas submetidas ao tratamento NS2, o que foi acompanhado por um aumento mais expressivo no número de bandas totalmente metiladas. Essa modificação no padrão de metilação do DNA observado em NS2 foi seguido por uma redução na produção de grãos, na eficiência fotossintética e nos parâmetros relacionados a eficiência de uso de N. As variedades Manteiga e Piauí apresentaram um aumento expressivo no número total de bandas metiladas quando submetidas aos tratamentos de estresse por baixo N em comparação ao controle. Esse resultado deveu-se, sobretudo, ao forte aumento no número de bandas totalmente metiladas. Plantas submetidas aos tratamentos NS2 e NS3 tiveram aumento mais expressivo no número de bandas totalmente metiladas, e uma redução no número de bandas hemi-metiladas. Essa modificação no padrão de metilação foi acompanhada por maior rendimento de grãos, melhor eficiência fotossintética, aumento na eficiência de uso de N e alterações na expressão gênica. Os resultados mostram que a exposição ao baixo N altera o padrão de metilação do DNA, e que o tipo e a intensidade dessa alteração dependem tanto da duração do estresse quanto das variedades em estudo. As alterações no padrão de metilação DNA são acompanhadas por modificações morfo-fisiológicas, metabólicas e na expressão gênica. A exposição ao estresse intermitente e recorrente melhora o desempenho das variedades Manteiga e Piauí, enquanto o estresse intermitente é prejudicial a variedade Esmeralda.
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spelling Pereira, Erinaldo GomesFernandes, Manlio Silvestre002.180.573-34https://orcid.org/0000-0001-5329-6122http://lattes.cnpq.br/6269004387821466Santos, Leandro Azevedohttps://orcid.org/0000-0002-2595-9432http://lattes.cnpq.br/4704465400011358Fernandes, Manlio Silvestrehttps://orcid.org/0000-0001-5329-6122http://lattes.cnpq.br/6269004387821466Calderín García, Andréshttps://orcid.org/0000-0001-5963-3847http://lattes.cnpq.br/8896375232574274Santos, André Marques doshttp://lattes.cnpq.br/3428935182333406Matos, Clicia Grativol Gaspar dehttp://lattes.cnpq.br/3181149120291303Vidal, Márcia Soareshttp://lattes.cnpq.br/3036544314910366112.516.576-64https://orcid.org/0000-0002-9052-091Xhttp://lattes.cnpq.br/36372098010056752023-12-21T18:33:58Z2023-12-21T18:33:58Z2022-11-25PEREIRA, Erinaldo Gomes. Contribuição de variações no perfil de metilação do DNA e alterações metabólicas e fisiológicas para adaptação de plantas de arroz (Oryza sativa L.) a sistemas de cultivo com baixo teor de nitrogênio. 2022. 80 f. Tese (Doutorado em Agronomia - Ciência do Solo) - Instituto de Agronomia, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica, 2022.https://rima.ufrrj.br/jspui/handle/20.500.14407/9056Deficiência por nitrogênio (N) é um estresse abiótico a que plantas de arroz estão susceptíveis ao longo do ciclo de cultivo, devido sobretudo à grande demanda por N apresentada por essa cultura e, também, pela fácil perda desse nutriente no solo. A metilação do DNA é um mecanismo epigenético que afeta o desempenho das plantas frente a diversos estresses ambientais. Os objetivos dessa pesquisa foram: 1) verificar se plantas de arroz submetidas ao estresse pelo baixo fornecimento de N modificam o perfil de metilação do DNA; 2) verificar possíveis alterações no perfil de metilação do DNA, modificações morfo-fisiológicas, metabólicas, e expressão gênica em plantas de arroz submetidas a diferentes ciclos de cultivo com baixo N ; 3) estabelecer relações entre modificações na metilação do DNA e alterações morfo-fisiológicas e metabólicas; 4) determinar se a exposição a ciclos de cultivo com baixo N resulta em plantas melhor adaptadas a essa condição. Para isso, as variedades de arroz Esmeralda (melhorada), Manteiga e Piauí (tradicionais do estado do Maranhão), foram submetidas aos seguintes tratamentos: Controle – plantas cultivadas com N-suficiente (60 kg N ha-1) durante três ciclos de cultivo sucessivos; NS1 – plantas cultivadas com baixo N (10 kg N ha-1) somente no último ciclo de cultivo (primeira exposição ao estresse); NS2 – plantas cultivadas com baixo N no primeiro e terceiro ciclo de cultivo (estresse intermitente); NS3 – plantas cultivadas com baixo N durante três ciclos sucessivos (estresse recorrente). Foi verificado em plantas da variedade Esmeralda uma redução na metilação total do DNA cultivadas com baixo N em comparação ao controle. Plantas submetidas aos tratamentos de baixo N apresentaram maior redução no número de bandas hemi-metiladas em detrimento de bandas totalmente metiladas. A redução mais severa no número de bandas hemi-metiladas foi verificada em plantas submetidas ao tratamento NS2, o que foi acompanhado por um aumento mais expressivo no número de bandas totalmente metiladas. Essa modificação no padrão de metilação do DNA observado em NS2 foi seguido por uma redução na produção de grãos, na eficiência fotossintética e nos parâmetros relacionados a eficiência de uso de N. As variedades Manteiga e Piauí apresentaram um aumento expressivo no número total de bandas metiladas quando submetidas aos tratamentos de estresse por baixo N em comparação ao controle. Esse resultado deveu-se, sobretudo, ao forte aumento no número de bandas totalmente metiladas. Plantas submetidas aos tratamentos NS2 e NS3 tiveram aumento mais expressivo no número de bandas totalmente metiladas, e uma redução no número de bandas hemi-metiladas. Essa modificação no padrão de metilação foi acompanhada por maior rendimento de grãos, melhor eficiência fotossintética, aumento na eficiência de uso de N e alterações na expressão gênica. Os resultados mostram que a exposição ao baixo N altera o padrão de metilação do DNA, e que o tipo e a intensidade dessa alteração dependem tanto da duração do estresse quanto das variedades em estudo. As alterações no padrão de metilação DNA são acompanhadas por modificações morfo-fisiológicas, metabólicas e na expressão gênica. A exposição ao estresse intermitente e recorrente melhora o desempenho das variedades Manteiga e Piauí, enquanto o estresse intermitente é prejudicial a variedade Esmeralda.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorNitrogen (N) deficiency is an abiotic stress to which rice plants are susceptible to throughout the crop cycle, mainly due to the high demand for N presented by this crop and also because of the easy loss of this nutrient in the soil. DNA methylation is an epigenetic mechanism that affects plant performance in the face of various environmental stresses. The objectives of this research were: 1) to verify if rice plants submitted to low N stress modify their DNA methylation profile; 2) to verify possible alterations in the DNA methylation profile, morpho- physiological, metabolic changes, and gene expression in rice plants submitted to different crop cycles with low N; 3) to establish relationships between DNA methylation modifications and morpho-physiological and metabolic changes; 4) to determine if exposure to low N cycles results in plants better adapted to this condition. For this, the rice varieties Esmeralda (improved), Manteiga and Piauí (traditional from Maranhão state), were subjected to the following treatments: Control - plants grown with N-sufficient (60 kg N ha-1) for three successive crop cycles; NS1 - plants grown with low N (10 kg N ha-1) only in the last crop cycle (first stress exposure); NS2 - plants grown with low N in the first and third crop cycle (intermittent stress); NS3 - plants grown with low N for three successive cycles (recurrent stress). A reduction in total DNA methylation was verified in plants of the Esmeralda variety grown with low N compared to the control. Plants submitted to the low N treatments showed a greater reduction in the number of hemi-methylated bands at the expense of fully methylated bands. The most severe reduction in the number of hemi-methylated bands was seen in plants submitted to the NS2 treatment, which was accompanied by a more significant increase in the number of fully methylated bands. This modification in the DNA methylation pattern observed in NS2 was followed by a reduction in grain yield, photosynthetic efficiency, and N use efficiency related parameters. The varieties Manteiga and Piauí showed a significant increase in the total number of methylated bands when subjected to the low N stress treatments compared to the control. This result was mainly due to a strong increase in the number of fully methylated bands. Plants subjected to the NS2 and NS3 treatments had a more significant increase in the number of fully methylated bands, and a decrease in the number of hemi-methylated bands. This modification in methylation pattern was accompanied by higher grain yield, improved photosynthetic efficiency, increased N use efficiency, and changes in gene expression. The results show that exposure to low N alters the DNA methylation pattern, and that the type and intensity of this alteration depend on both the duration of stress and the varieties under study. Changes in the DNA methylation pattern are accompanied by morpho-physiological, metabolic, and gene expression modifications. Exposure to intermittent and recurrent stress improves the performance of the varieties Manteiga and Piauí, whereas intermittent stress is detrimental to the variety Esmeralda.application/pdfporUniversidade Federal Rural do Rio de JaneiroPrograma de Pós-Graduação em Agronomia - Ciência do SoloUFRRJBrasilInstituto de AgronomiaArrozNitrogênioEstresseEpigenéticaMetilaçãoDesmetilaçãoRiceNitrogenStressEpigeneticMethylationDemethylationAgronomiaContribuição de variações no perfil de metilação do DNA e alterações metabólicas e fisiológicas para adaptação de plantas de arroz (Oryza sativa L.) a sistemas de cultivo com baixo teor de nitrogênioContribution of variations in DNA methylation profile and metabolic and physiological changes to adaptation of rice (Oryza sativa L.) plants to low- nitrogen cropping systemsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisBAULCOMBE, D. C.; DEAN, C. Epigenetic regulation in plant responses to the environment. 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description Deficiência por nitrogênio (N) é um estresse abiótico a que plantas de arroz estão susceptíveis ao longo do ciclo de cultivo, devido sobretudo à grande demanda por N apresentada por essa cultura e, também, pela fácil perda desse nutriente no solo. A metilação do DNA é um mecanismo epigenético que afeta o desempenho das plantas frente a diversos estresses ambientais. Os objetivos dessa pesquisa foram: 1) verificar se plantas de arroz submetidas ao estresse pelo baixo fornecimento de N modificam o perfil de metilação do DNA; 2) verificar possíveis alterações no perfil de metilação do DNA, modificações morfo-fisiológicas, metabólicas, e expressão gênica em plantas de arroz submetidas a diferentes ciclos de cultivo com baixo N ; 3) estabelecer relações entre modificações na metilação do DNA e alterações morfo-fisiológicas e metabólicas; 4) determinar se a exposição a ciclos de cultivo com baixo N resulta em plantas melhor adaptadas a essa condição. Para isso, as variedades de arroz Esmeralda (melhorada), Manteiga e Piauí (tradicionais do estado do Maranhão), foram submetidas aos seguintes tratamentos: Controle – plantas cultivadas com N-suficiente (60 kg N ha-1) durante três ciclos de cultivo sucessivos; NS1 – plantas cultivadas com baixo N (10 kg N ha-1) somente no último ciclo de cultivo (primeira exposição ao estresse); NS2 – plantas cultivadas com baixo N no primeiro e terceiro ciclo de cultivo (estresse intermitente); NS3 – plantas cultivadas com baixo N durante três ciclos sucessivos (estresse recorrente). Foi verificado em plantas da variedade Esmeralda uma redução na metilação total do DNA cultivadas com baixo N em comparação ao controle. Plantas submetidas aos tratamentos de baixo N apresentaram maior redução no número de bandas hemi-metiladas em detrimento de bandas totalmente metiladas. A redução mais severa no número de bandas hemi-metiladas foi verificada em plantas submetidas ao tratamento NS2, o que foi acompanhado por um aumento mais expressivo no número de bandas totalmente metiladas. Essa modificação no padrão de metilação do DNA observado em NS2 foi seguido por uma redução na produção de grãos, na eficiência fotossintética e nos parâmetros relacionados a eficiência de uso de N. As variedades Manteiga e Piauí apresentaram um aumento expressivo no número total de bandas metiladas quando submetidas aos tratamentos de estresse por baixo N em comparação ao controle. Esse resultado deveu-se, sobretudo, ao forte aumento no número de bandas totalmente metiladas. Plantas submetidas aos tratamentos NS2 e NS3 tiveram aumento mais expressivo no número de bandas totalmente metiladas, e uma redução no número de bandas hemi-metiladas. Essa modificação no padrão de metilação foi acompanhada por maior rendimento de grãos, melhor eficiência fotossintética, aumento na eficiência de uso de N e alterações na expressão gênica. Os resultados mostram que a exposição ao baixo N altera o padrão de metilação do DNA, e que o tipo e a intensidade dessa alteração dependem tanto da duração do estresse quanto das variedades em estudo. As alterações no padrão de metilação DNA são acompanhadas por modificações morfo-fisiológicas, metabólicas e na expressão gênica. A exposição ao estresse intermitente e recorrente melhora o desempenho das variedades Manteiga e Piauí, enquanto o estresse intermitente é prejudicial a variedade Esmeralda.
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