On the function of guard cell transporters in the response of Arabidopsis thaliana to changes in CO2 and water availability

• Autor(a) principal: Luz, Luana Moraes da
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: eng
• Título da fonte: LOCUS Repositório Institucional da UFV
• Texto Completo: https://locus.ufv.br//handle/123456789/27700
• topic: Arabidopsis thaliana; Estômatos; Água - Uso eficiente; Células - Metabolismo; Ecofisiologia Vegetal

As plantas representam as principais fontes mundiais de alimentos e rações para animais. Assim, a segurança alimentar futura dependerá claramente de como as espécies de plantas respondem às mudanças ambientais globais. O aumento da concentração de CO 2 [CO 2 ] na atmosfera e as flutuações nos padrões de chuva estão entre as principais mudanças climáticas que afetam o rendimento das culturas. Notavelmente, o rendimento das culturas diminui sob a seca, ainda que a elevada [CO 2 ], quando associado à seca, pode mitigar os efeitos negativos da seca. Entre os efeitos fisiológicos do elevado [CO 2 ], o fechamento parcial dos estômatos e o aumento sinérgico da eficiência do uso da água (WUE), levando a um maior crescimento, são geralmente observados. No entanto, o crescimento mais alto ou a sobrevivência de plantas sob alta [CO 2 ] dependerão diretamente do grau de disponibilidade de água no solo. As perdas de água são controladas diretamente pelos estômatos, poros microscópicos funcionalmente especializados na superfície foliar, que regulam o fluxo de gases entre as plantas e a atmosfera. Assim, os estômatos são o principal ponto de entrada para a assimilação de CO 2 e as perdas de água, controlando as trocas essenciais de CO 2 e H 2 O com o meio ambiente nas plantas terrestres. Os movimentos estomáticos ocorrem em resposta à ativação e inativação de proteínas de membrana presentes nas células-guarda. A relação entre a abertura estomática e a fotossíntese / transpiração é linear em uma ampla gama de condições ambientais. Assim, uma melhor compreensão da regulação estomática por meio de estímulos ambientais representa um passo importante para o desenvolvimento de plantas em que a capacidade de fotossíntese e WUE é otimizada, uma vez que a manutenção da fotossíntese, um dos principais eventos do metabolismo primário, e sua capacidade pode influenciar diretamente a produção de cultura agrícolas. Esta tese está amplamente focada no papel das proteínas envolvidas nos movimentos estomáticos em resposta a mudanças na disponibilidade de [CO 2 ] e na disponibilidade de água. Para este fim, duas proteínas estomáticas de Arabidopsis thaliana, nomeadamente slow-type anion channel (SLAC1) e o transportador ATP-binding cassette B14 (ABCB14) foram utilizadas para investigar a dualidade da eficiência entre o influxo de CO 2 e o efluxo de água pelos estômatos sob elevado [CO 2 ] e limitação de água. O SLAC1 é considerado uma proteína chave para o fechamento estomático em resposta à seca e [CO 2 ], enquanto o ABCB14 é o único transportador de influxo de malato das células-guarda e responde apenas ao aumento de CO 2 . O principal objetivo deste estudo é aumentar nossa compreensão da regulação estomática em resposta a um cenário realista de mudanças climáticas futuro, utilizando uma caracterização metabólica, fisiológica, anatômica e molecular de plantas mutantes com respostas estomaticas opostas. Primeiro, nossos resultados demonstraram que as plantas mutantes de slac1 aparentemente estão constantemente sob efeito de estresse, independentemente da restrição hídrica, pois as plantas mutantes slac1 ao sustentar maiores condutâncias estomáticas (g s ), exibem uma elegante reprogramação metabólica que é aparentemente crucial para a sobrevivência do crescimento sob moderada limitação hídrica. Aqui, hipotetizamos ainda que o ABCB14 pode desempenhar um papel importante, ao mesmo tempo em que permite uma modesta abertura estomática que pode ser essencial para a continuidade das trocas gasosas sob condições de elevada [CO 2 ]. Segundo, demonstrou-se que, apesar das reduções na abertura estomática, a ausência da proteína ABCB14 de célula guarda não compromete a atividade fotossintética geral e o crescimento e que uma regulação genética e metabólica ocorre em células-guarda provavelmente compensando, pelo menos parcialmente, a falta funcional de ABCB14. Os dados obtidos são discutidos no contexto do papel de cada transporte de células de guarda, tanto emcélulas-guarda e metabolismo fotossintético e, especificamente, em relação à sua função na regulação da abertura estomática.