Subprojetos
Subprojeto 1 - Vias de sinalização de morte celular induzidas por seca/temperatura x tolerância à seca
A via de morte celular mediada pelas proteínas DCD/NRPs (developmental cell death domain-containing N-rich proteins) é induzida por múltiplos estresses e tem sido associada à adaptação de plantas à seca. De fato, a super expressão de um regulador positivo da via de sinalização de morte celular de DCD/NRPs, o gene GmNAC81, aumenta a suscetibilidade à seca e de um regulador negativo, o chaperone molecular BiP, inibe a ativação e expressão dos componentes da via de morte célula e confere tolerância à seca. Embora a atividade supressora de eventos de morte celular de BiP confira tolerância à seca em sojas transgênicas, BiP atua de uma forma geral em vias de morte celular e, sendo assim, resulta em efeitos pleiotrópicos, o que preciven o uso desse gene como alvo de tolerância à seca e, assim, evocam a necessidade de se identificarem supressores específicos da via de sinalização de morte celular mediadas por NRPs sob condições de seca. Um conjunto de abordagens bioquímicas e genéticas estão sendo utilizados para elucidar reguladores positivos e negativos dessa via de sinalização mediada por NRPs, bem como o potencial desses reguladores como alvo para engenharia genética de tolerância a estresses.
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Elizabeth P.B. Fontes |
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Humberto Josué Oliveira Ramos |
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Pedro Augusto Braga dos Reis |
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Subprojeto 2 - Síndrome do distúrbio fisiológico em espécies arbóreas
A presente proposta de pesquisa tem como objetivo elucidar as bases moleculares que causam “distúrbio fisiológico abiótico” em Eucalyptus; fenômeno este que se caracteriza por um conjunto de anomalias adquiridas no padrão de desenvolvimento do eucalipto que afeta diretamente a qualidade da madeira. Além disso, propõe-se, como objetivo complementar, desenvolver métodos moleculares de diagnóstico para seleção precoce de genótipos resistentes na fase de mudas. A premissa seria que distúrbios em vias de sinalização que integram sinais de desenvolvimento e sinais de adaptação fisiológica a condições climáticas possam ser detectados por meio de análise da variação global de expressão gênica e associados ao “distúrbio fisiológico”. Uma vez que estas vias de sinalização sejam detectadas, a análise da expressão de genes específicos que participam e controlam a ativação das respostas moleculares poderia ser utilizada como protocolo para seleção precoce de mudas.
| Nome | Instituição |
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Elizabeth Pacheco Batista Fontes |
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Pedro Augusto Braga dos Reis |
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Subprojeto 3 - Comunicação cruzada entre desempenho molecular de células vegetais sob seca e alta temperatura
A via de sinalização antiviral mediada por NIK1 foi inicialmente descrita por nosso grupo de pesquisadores como um novo paradigma de imunidade antiviral de plantas. Entretanto, foi demonstrado mais recentemente que o receptor NIK1 (nuclear shuttle protein-interactiong kinase 1), que transmite o sinal antiviral, é capaz de interagir bioquímica e geneticamente com componentes da via de imunidade antibacteriana em plantas e modular negativamente imunidade ativada por padrões moleculares associados a patógenos (PAMPs). Uma vez que ativação de NIK1 ativa uma cascata de sinais que culmina com supressão de tradução global, é possível que NIK1 se conecte com outros sensores de estresses, além de receptores de PAMPs, para ativar o ramo de controle traducional da via antiviral. Síntese de proteínas é um processo celular que consome muita energia e deve ser altamente regulado sob a maioria das condições de estresses abióticos. Recentemente, o interactoma de receptores do tipo LRR-RLKs (leucine-rich repeat receptor-like kinases) de membranas revelou que NIK1 exibe um alto grau de centralidade formando um nódulo de interações proteína-proteína, podendo ser considerado um dos mais influentes transmissores de informação na célula. Consequentemente, a nossa hipótese central seria que NIK1 funciona como um nódulo central de sinalização para o qual convergem diversos sinais de estresses possibilitando o controle de tradução durante estas condições de estresses bióticos e abióticos. Esta hipótese está sendo testada com duas abordagens principais. Na primeira abordagem, foi determinado o panorama transcricional do componente a jusante da via, o repressor transcricional LIMYB (L10-interacting Myb domain-containing protein) a fim de entender se LIMYB ativado por ativação de NIK1 controla outros processos celulares básicos, além de tradução, que poderiam contribuir para melhor fitness e adaptação das plantas a estresses bióticos e abióticos. A segunda abordagem consiste em investigar se diferentes estresses funcionam como estímulos capazes de ativar a via antiviral mediada por NIK1, cuja ativação será avaliada por meio de monitoramento de outputs moleculares da via, incluindo fosforilação de NIK1, fosforilação de RPL10 e repressão de genes relacionados à tradução mediados pelo complexo repressor transcricional RPL10-LYMIB. Ferramentas moleculares estão sendo preparadas para a utilização de genética direta na identificação de cinases intracelulares que transmitem o sinal antiviral para os componentes da cascata de sinalização antiviral ativada por fosforilação de NIK1. Uma vez que já foi identificada as PAMPs virais que ativam a via de sinalização antiviral mediada por NIK1, a genética reversa poderá ser utilizada para identificação de receptores de reconhecimento de PAMPs virais, ainda não identificados em plantas.
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Elizabeth Pacheco Batista Fontes |
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Joao Paulo Batista Machado |
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Christiane Eliza Motta Duarte |
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Fredy Davi Albuquerque Silva |
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Marco Aurélio Ferreira |
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Subprojeto 4 - Assinatura funcional do gene phosphorus-starvation tolerance1 (PSTOL1) sob déficit hídrico
O gene Oryza sativa Phosphorus-Starvation Tolerance1, OsPSTOL1, codifica uma proteína com alta similaridade com quinases receptoras do tipo serina-treonina da sub-família LRK10L-2, mas não apresenta a extensão amino-acídica terminal tipicamente presente nessa família, sendo classificado como uma quinase citosólica. A natureza citosólica de OsPSTOL1 foi posteriormente confirmada experimentalmente em trabalhos da equipe proponente da Embrapa Milho e Sorgo. O gene OsPSTOL1 foi inicialmente caracterizado em arroz, espécie na qual promove o aumento da absorção de fósforo e da produção de grãos sob baixa disponibilidade de fósforo no solo por meio da alteração da morfologia do sistema radicular. Em sorgo, membros da equipe proponente mostraram que genes PSTOL de sorgo, SbPSTOL1, aumentam a produção de sorgo sob baixa disponibilidade de fósforo no solo via modulação do sistema radicular favorecendo o aumento da superfície radicular. Entretanto, as proteínas SbPSTOL1 atuam de forma possivelmente distinta com relação à OsPSTOL1, uma vez que as proteínas SbPSTOL1 de sorgo estão localizadas na membrana plasmática e na parede celular. A nossa hipótese é que as proteínas SbPSTOL1 de sorgo modificam a arquitetura e a morfologia radicular via modificações nas pectinas presentes na parede celular. Dada a importância das alterações na morfologia e arquitetura radicular na tolerância à seca, e indicações preliminares de tal efeito promovido por OsPSTOL1 em arroz, torna-se razoável a hipótese de que genes PSTOL1 de milho e de sorgo possam aumentar a tolerância à seca nessas culturas. Três membros da família PSTOL1 foram selecionados em sorgo e três em milho, para a transformação de plantas de milho. Esses eventos foram autofecundados até a homozigose e cruzados para a obtenção de híbridos isogênicos no caso de milho. Esses genótipos estão sendo avaliados em casa de vegetação e em campo sob condições contrastantes de disponibilidade hídrica no solo, sendo caracterizados quanto a parâmetros fisiológicos, morfologia e arquitetura radicular, produção de biomassa e de grãos.
Subprojeto 5 - Características secundárias associadas com a tolerância ao déficit hídrico em sorgo e milho para estratégia de seleção de tolerância à seca
Alguns caracteres morfofisiológicos, tais como stay-green, volume e ângulo de raiz nodal, índice de área foliar, teor de clorofila, fluorescência da clorofila, temperatura do dossel, eficiência de transpiração e índice de colheita, mostram-se correlacionados com tolerância a seca, e aumentam os ganhos genéticos na seleção indireta para rendimento de grãos. Duzentas e quarenta e três linhagens de sorgo foram avaliadas para rendimento de grãos em condições com e sem estresse hídrico, em dois sítios de fenotipagem da Embrapa (Nova Porteirinha-MG e Teresina-PI), durante 3 anos (safras). A partir destes dados, dois grupos de linhagens contrastantes para rendimento de grãos serão criados para avaliação das características morfofisiológicas citadas acima, a fim de selecionar características que facilitem a identificação de linhagens tolerantes a seca na fase de pré-melhoramento do programa de sorgo, preferencialmente nas fases iniciais do programa de melhoramento. Essas características poderão ser utilizadas futuramente para a busca dos genes subjacentes e para a elaboração de estratégias de melhoramento molecular para a tolerância à seca em sorgo.
A sincronia do florescimento masculino e feminino está associada com tolerância ao déficit hídrico em milho, sendo crítica para a produção de grãos sob estresse. Adicionalmente, o sistema radicular exerce uma função primordial na adaptação e na produtividade de milho sob estresses. Dois painéis totalizando 390 linhagens de milho foram avaliados em ambientes com baixa disponibilidade de P e déficit hídrico. Adicionalmente, híbridos derivados dos cruzamentos de 190 dessas linhagens cruzadas com dois testadores também foram avaliados para produção de grãos com e sem estresse hídrico, em dois sítios de fenotipagem da Embrapa (Nova Porteirinha-MG e Teresina-PI), durante 2 anos (safras). De forma similar à estratégia proposta para o sorgo, dois grupos de linhagens contrastantes para produção de grãos serão criados e avaliados para as características morfofisiológicas e agronômicas, incluindo componentes do florescimento, morfologia e arquitetura radicular, para selecionar características que facilitem a identificação de linhagens tolerantes ao déficit hídrico no programa de melhoramento de milho. Essas características serão alvos para a busca dos genes subjacentes e para a elaboração de estratégias de melhoramento molecular para a tolerância à seca em milho.
Subprojeto 6 - Integrar informações sobre regiões genômicas associadas com tolerância ao déficit hídrico na plataforma PlantAnnot2
A plataforma denominada “Plant Co-expression Annotation Resource” foi desenvolvida por pesquisadores da Embrapa, integrando dados genômicos de 67 angiospermas e de RNA-seq relacionados a diferentes estresses abióticos, incluindo déficit hídrico e alta temperatura. Esses dados são organizados e processados gerando redes de co-expressão e clusters de transcritos homólogos com expressão correlacionada. Na presente proposta, informações sobre QTLs e SNPs associados com a tolerância ao déficit hídrico em milho e sorgo, serão integradas a essa plataforma, permitindo a co-localização de transcritos que participam de uma mesma rede de co-expressão em regiões genômicas previamente associadas com respostas aos estresses abióticos de interesse. A integração dessas informações enriquecerá a busca por novos genes candidatos e por proteínas de função desconhecida, potencialmente associados com respostas ao déficit hídrico.