Pesquisa
Caracterização de genes do metabolismo do nitrogênio em milho sob estresse ao alumínio
Mestrado em Biotecnologia Aplicada à Agricultura
Autor: Talita cantu
Orientador: Silvia Graciele Hülse de Souza
Defendido em: 22/04/2015
Resumo
O nitrogênio (N) é um mineral essencial para as plantas por ser um componente necessário para a síntese de aminoácidos e proteínas, ácidos nucléicos, enzimas, coenzimas e outros. Dessa forma, o objetivo desse trabalho foi identificar e caracterizar in silico as enzimas envolvidas no ciclo do N em milho (Zea mays) e estudar a modulação transcricional dos genes da Nitrato Redutase em resposta ao estresse ao alumínio. Os genes envolvidos na assimilação do N em milho identificados foram 26, dentre os quais o número para cada uma das enzimas envolvidas na assimilação foi de 4, 8, 1, 1, 6, 4 e 2 para os genes das enzimas Nitrato Redutase (NR), Nitrato de Transporte (NRT), Nitrito Redutase (NRi), Nitrito de transporte (NRiT), Glutamina Sintetase (GS), Glatamato Sintase (GOGAT) e Glutamato Desidrogenase (GDH), respectivamente. A filogenia demonstrou cinco grupos, além disso, a análise dos motivos resultou na identificação de domínios conservados distribuídas entre grupos específicos que desempenham funções específicas. Os níveis de ZmNR2, ZmNR3 e ZmNR4 e a atividade da NR mostraram padrões de mudanças semelhante nas folhas, onde a partir da segunda semana de estresse houve uma diminuição na atividade da enzima e no acúmulo de transcritos. Essa queda nos níveis de RNAm de ZmNR2, ZmNR3 e ZmNR4 pode estar associada a uma inibição paralela da atividade da NR por alumínio em folhas. Por outro lado, um aumento nos níveis de RNAm de ZmNR1 foi observado e pode ter relação com outras vias metabólicas. O trabalho resultou na identificação e na caracterização dos diferentes genes que codificam as enzimas que estão envolvidos no metabolismo do nitrogênio em milho, sendo que os genes ZmNR2, ZmNR3 e ZmNR4 regulam a atividade da nitrato redutase em resposta ao estresse ao alumínio. Os dados gerados nesse trabalho fornecerão subsídios para selecionar os melhores genes-candidatos para futuras análises funcionais, a serem utilizados nos programas de melhoramento de milho, com o intuito de obter novas variedades tolerantes ao alumínio e mais produtivas.
Palavras-chave
assimilação, N, transcrição, expressão gênica, toxicidade.
Title
CHARACTERISTICS OF NITROGEN METABOLISM GENES IN MAIZE UNDER ALUMINUM STRESS
Abstract
Nitrogen (N) is an essential mineral to plants, and in addition is a component required to amino acids, proteins, nucleic acids, enzymes and coenzymes and others. In this way, the worked aimed to identify and characterize enzymes in silico evolve in N cycle in maize (Zea mays) and to study the present relation between NR enzyme activity and the genes transcriptional modulations responses to aluminium stress. Genes involved in assimilation of N in maize have been identified, the number of for each of the enzymes involved in assimilation was 4, 8, 1, 1, 6, 4 and 2 for the genes of the enzymes nitrate reductase (NR ) nitrate transport (NRT), nitrite reductase (NR), transportation nitrite (NRiT), glutamine synthetase (GS), Glatamato Synthase (GOGAT) and glutamate dehydrogenase (GDH), respectively. The phylogeny shown five groups, moreover, the analysis of the reasons resulted in the identification of conserved domains distributed between specific groups that perform specific functions. To determine nitrate reductase gene feedback under aluminium stress, was analyzed the storage of NR transcript, (ZmNR1 to 4). The levels of ZmNR2, ZmNR3 and ZmNR4 and the NR activity showed changes similar patterns in the leaves, where from the second week of stress showed a decrease in the enzyme activity and the accumulation of transcripts. This decrease in the levels of RNAm from ZmNR2, ZmNR3 and ZmNR4 may berelated to a parallel inhibition of NR activity due to aluminium in the leaves. Conversely, an increase in mRNA level from ZmNR1 was observed and can be related to others metabolic pathways. This work resulted in the identification and characterization of different genes encoding enzymes involved in nitrogen metabolism in maize and ZmNR2 genes, ZmNR3 ZmNR4 and regulate the activity of nitrate reductase in response to stress to aluminum. The data generated in this study will provide input to select the best-candidate genes for further functional analyzes, for use in maize breeding programs in order to get new varieties tolerant to aluminum and more productive.
Keywords
Assimilation, N, transcription, gene expression, toxicity