Use este identificador para citar ou linkar para este item:
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/33834| Título: | Aspectos agronômicos, metabólicos e moleculares associados às respostas de genótipos de mandioquinha-salsa ao calor |
| Título(s) alternativo(s): | Agronomic, metabolic, and molecular aspects associated with the heat responses of arracacha genotypes to heat |
| Autor(es): | Pietrobelli, Silmara Rodrigues |
| Orientador(es): | Vargas, Thiago de Oliveira |
| Palavras-chave: | Análise térmica Genética vegetal Melhoramento genético Cultivos agrícolas Thermal analysis Plant genetics Breeding Crops |
| Data do documento: | 19-Dez-2023 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Pato Branco |
| Citação: | PIETROBELLI, Silmara Rodrigues. Aspectos agronômicos, metabólicos e moleculares associados às respostas de genótipos de mandioquinha-salsa ao calor. 2023. Tese (Doutorado em Agronomia) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Pato Branco, 2023. |
| Resumo: | A mandioquinha-salsa é uma espécie de origem Andina cujas raízes apresentam elevado interesse econômico e qualidade nutricional. Por se tratar de uma hortaliça de ciclo longo, alguns fatores de ordem climática apresentam grande influência sobre o seu desenvolvimento, sendo a produtividade altamente sensível às temperaturas elevadas. Como consequência do aumento de temperatura em decorrência das mudanças climáticas, a produção de mandioquinha-salsa encontra-se abaixo da demanda no Brasil. Os plantios realizados em épocas quentes e chuvosas apresentam alto índice de apodrecimento de mudas e raízes, o qual propicia elevadas perdas causadas por bacterioses. Atualmente estima-se que pelos padrões de aumento de temperatura em decorrência das mudanças climáticas pode acarretar a redução da produção, inviabilizando o plantio em determinadas regiões. Desta forma, identificar constituições genéticas potenciais, adaptadas a estas condições climáticas, até então desfavoráveis para a cultura, é uma forma de garantir a sua produção. Nesse contexto, o objetivo do trabalho foi analisar o desempenho agronômico, as respostas metabólicas e a prospecção in sílico de genes de tolerância ao calor de genótipos de mandioquinha-salsa cultivados no município de Pato Branco – Paraná. Foram conduzidos dois experimentos (duas épocas de cultivos), na área experimental da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, UTFPR, Campus Pato Branco, simulando cultivo comercial a campo, e um terceiro experimento em vasos em ambiente protegido, onde as plantas foram expostas à duas condições de temperatura (30 ºC e 20 ºC, em câmaras de fitotron). As plantas do cultivo comercial foram analisadas quanto ao crescimento, incidência de pragas e doenças, desempenho agronômico, qualidade de raízes, trocas gasosas e análises metabólicas. As plantas cultivadas em ambiente protegido foram avaliadas quanto aos parâmetros metabólicos e de trocas gasosas. Por fim, foi realizado um estudo in sílico, para a prospecção de genes envolvidos no processo de resposta ao estresse causado por altas temperaturas em espécies de plantas, visando identificar sequências homólogas em espécies da ordem Apiales. Analisando o desempenho agronômico, crescimento, incidência de pragas e doenças e qualidade de raiz, dos genótipos estudados no período de condução dos experimentos, Amarela de Senador Amaral, Branca Comum e Amarela Comum obtiveram desempenhos insatisfatórios. Em contrapartida, os genótipos SCS380 Inca e SCS381 Coqueiral, de forma geral, foram os que expressaram os melhores resultados, mostrando adaptabilidade às condições edafoclimáticas da região. De forma geral os genótipos BRS Rubia 41, primeira época de cultivo, e SCS380 Inca, segunda época de cultivo, apresentaram os melhores resultados para as avaliações de trocas gasosas, tendo as maiores taxas de assimilação de CO2, maiores concentrações internas de CO2 na folha e consequentemente, uma sugerida maior capacidade fotossintética quando cultivadas a campo. Para o experimento em ambiente controlado, os genótipos BRS Acarijó 56 e SCS380 Inca obtiveram destaque, apresentando plantas sobreviventes até o fim do experimento. Além disso, as plantas sobreviventes e estressadas apresentaram maiores médias para os parâmetros de condutância estomática e concentração interna de CO2 quando comparadas com as plantas acondicionadas no ambiente controle. Em relação aos dados bioquímicos, observa-se que para a análise da primeira época de cultivo, houve um destaque dos genótipos BRS Rubia 41 e BRS Catarina 64 em relação ao acúmulo de pigmentos, proteínas totais e aminoácidos livres, tanto na parte aérea quanto no sistema radicular. Em contrapartida, o conteúdo de açúcares exibiu um padrão oposto, com maiores teores de amido e sacarose nos genótipos BRS Acarijó 56 e SCS380 Inca, com destaque também para o genótipo BRS Acarijó 56 acumular também maiores níveis de açúcares redutores (glicose e frutose) em relação aos demais genótipos. As análises relativas á segunda época de cultivo, evidenciam que o genótipo BRS Acarijó 56 apresentou maior conteúdo de pigmentos e proteínas totais no seu sistema radicular. Tal acúmulo destes metabólitos foi observado em folhas para os genótipos SCS381 Coqueiral e SCS380 Inca. A análise de fenóis totais indicou maiores níveis nas folhas de BRS Acarijó 56, e n as raízes de SCS381 Coqueiral e SCS380 Inca. Por fim, ao avaliar a extensão dos efeitos sobre o metabolismo primário de genótipos de A. xanthorrhiza, observa-se destaque para o genótipo BRS Rubia 41, cujas plantas sob estresse térmico apresentaram maior conteúdo de clorofilas a e b, clorofilas totais, proteínas, amido (glicose equivalente) e frutose; ao passo que o genótipo SCS380 Inca, apresentou maior conteúdo do osmorregulador prolina, bem como de aminoácidos livres, em comparação aos demais. Com o estudo in sílico, foram identificados 29 genes associados à tolerância ao estresse térmico causado por altas temperaturas em várias espécies, destacando-se a espécie modelo Arabidopsis thaliana, que foi amplamente utilizada nos estudos. Notavelmente, os resultados indicaram que a família das Proteínas de Choque Térmico (HSPs) desempenhou um papel preponderante, demonstrando sua essencialidade na preservação da integridade celular, especialmente em condições de estresse térmico provocado por elevadas temperaturas. Além disso, por meio do alinhamento das sequências nucleotídicas contra sequências da ordem Apiales foi possível identificar 19 espécies com sequências similares. Apesar do número significativo de espécies similares houve destaque para cenoura (Daucus carota) que retornou maior quantidade de resultados. |
| Abstract: | The mandioquinha-salsa, originating from the Andes, boasts roots of high economic value and nutritional quality. As a long-cycle vegetable, its development is significantly influenced by climatic factors, with productivity highly sensitive to elevated temperatures. Due to climate change-induced temperature increases, mandioquinha- salsa production in Brazil falls below demand. Plantings during hot and rainy seasons often result in high rates of seedling and root rot, leading to substantial losses from bacterial diseases. Current projections suggest that the anticipated temperature rise due to climate change may further reduce production, rendering cultivation unfeasible in certain regions. Thus, identifying genotypic variations adapted to these unfavorable climatic conditions becomes crucial for ensuring sustainable production. Against this backdrop, this study aimed to analyze the agronomic performance, metabolic responses, and in silico exploration of heat tolerance genes in mandioquinha-salsa genotypes cultivated in Pato Branco, Paraná. Two experiments, simulating commercial field cultivation, were conducted at the Experimental Area of the Federal Technological University of Paraná (UTFPR), Campus Pato Branco. Additionally, a third experiment in pots, within a controlled environment, exposed plants to two temperature conditions (30°C and 20°C in phytotron chambers). Commercially cultivated plants underwent analysis for growth, pest and disease incidence, agronomic performance, root quality, gas exchange, and metabolic profiling. Plants grown in a controlled environment were evaluated for metabolic parameters and gas exchange. Lastly, an in silico study was performed to prospect genes involved in the response to heat stress in plants, aiming to identify homologous sequences in Apiales order species. Analyzing the agronomic performance, growth, incidence of pests and diseases, and root quality of the genotypes studied during the experimental period, Amarela de Senador Amaral, Branca Comum, and Amarela Comum obtained unsatisfactory performances. Conversely, the genotypes SCS380 Inca and SCS381 Coqueiral generally demonstrated the best results, showing adaptability to the region's soil and climatic conditions. Overall, the genotypes BRS Rubia 41 (first cultivation period) and SCS380 Inca (second cultivation period) showed the best results for gas exchange evaluations, with the highest rates of CO2 assimilation, higher internal CO2 concentrations in the leaves, and consequently, a suggested higher photosynthetic capacity when cultivated in the field. In the controlled environment experiment, the genotypes BRS Acarijó 56 and SCS380 Inca stood out, with surviving plants until the end of the experiment. Additionally, surviving and stressed plants exhibited higher average stomatal conductance and internal CO2 concentration compared to plants in the control environment. Regarding biochemical data, analysis of the first cultivation period highlighted genotypes BRS Rubia 41 and BRS Catarina 64 for the accumulation of pigments, total proteins, and free amino acids in both the aerial and root systems. Conversely, the sugar content exhibited an opposite pattern, with higher levels of starch and sucrose in genotypes BRS Acarijó 56 and SCS380 Inca, with the added distinction of BRS Acarijó 56 accumulating higher levels of reducing sugars (glucose and fructose) compared to other genotypes. Analyses for the second cultivation period indicated that genotype BRS Acarijó 56 had a higher content of pigments and total proteins in its root system, while these metabolites accumulated in leaves for genotypes SCS381 Coqueiral and SCS380 Inca. Total phenol analysis indicated higher levels in the leaves of BRS Acarijó 56, while the roots of SCS381 Coqueiral and SCS380 Inca exhibited higher accumulation. In assessing the impact on the primary metabolism of A. xanthorrhiza genotypes under thermal stress, genotype BRS Rubia 41 stood out, with plants under thermal stress exhibiting higher contents of chlorophylls a and b, total chlorophylls, proteins, starch (glucose equivalent), and fructose. In contrast, genotype SCS380 Inca showed a higher content of the osmoregulator proline, as well as free amino acids, compared to others. The in silico study identified 29 genes associated with heat stress tolerance caused by high temperatures in various species, with the model species Arabidopsis thaliana playing a prominent role in these studies. Notably, the results indicated a crucial role for the Heat Shock Proteins (HSPs) family, underscoring their essentiality in preserving cellular integrity, especially under thermal stress conditions induced by high temperatures. Furthermore, aligning nucleotide sequences against Apiales order sequences identified 19 species with similar sequences, with carrot (Daucus carota) standing out for returning a higher quantity of results. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/33834 |
| Aparece nas coleções: | PB - Programa de Pós-Graduação em Agronomia |
Arquivos associados a este item:
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| respostaaocalor.pdf | 3,19 MB | Adobe PDF |  Visualizar/Abrir |
Este item está licenciada sob uma Licença Creative Commons
