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Tipo do documento: Tese
Título: Caracterização in silico e expressão de genes relacionados à prolina em feijão sob condições de estresse abióticos
Título(s) alternativo(s): In silico characterization and expression of proline-related genes in beans under abiotic stress conditions
Autor: Oliveira, Jardel
Primeiro orientador: Santos, Tiago Benedito
Primeiro membro da banca: Santos, Tiago Benedito
Segundo membro da banca: Santos, Ana Claudia Pacheco
Terceiro membro da banca: Zaniboni, Camila Baptistão
Quarto membro da banca: Ribas, Alessandra Ferreira
Quinto membro da banca: Souza, Silva Graciele Hulse
Resumo: O feijão comum (Phaseolus vulgaris L.) constitui uma cultura de expressiva relevância socioeconômica no Brasil, com produção distribuída em múltiplos estados e ciclos sazonais. Essa leguminosa enfrenta desafios significativos de solo e clima, com ênfase para os estresses abióticos de déficit hídrico e salinidade, fatores limitantes reduzem os índices de produtividade. Neste contexto, a investigação de genótipos contrastantes quanto à tolerância a estes estresses, como BAT 477 (tolerante) e Pérola (suscetível), representa uma estratégia fundamental para o desenvolvimento de cultivares adaptadas a condições ambientais adversas. O presente estudo objetivou identificar in silico e caracterizar molecularmente os genes codificadores da enzima Δ¹-pirrolina-5-carboxilato sintetase (P5CS) e dos transportadores de prolina (ProT) em P. vulgaris L., componentes centrais na biossíntese e translocação de prolina, um osmólito compatível de função crucial nos mecanismos de osmorregulação e proteção celular sob condições de estresse. Através de análises genômicas comparativas, foram identificados quatro genes P5CS e dois genes ProT no genoma do feijoeiro. Os genes PvP5CS apresentam distribuição nos cromossomos 1, 8 (contém dois genes) e 10, evidenciando eventos de duplicação segmental ao longo da história evolutiva da espécie. Análises filogenéticas revelaram conservação genômica significativa entre os genes P5CS de P. vulgaris L., A. thaliana e O. sativa. Quanto ao perfil transcricional, PvP5CS3 demonstrou maior expressão em todos os tecidos desenvolvidos, com particular abundância em nódulos e raízes, enquanto PvP5CS2 apresentou níveis transcricionais reduzidos em todos os órgãos vegetais. Os transportadores ProT, localizados nos cromossomos 1 e 8, exibiram expressão preferencial em tecidos florais. Ensaios fisiológicos sob condições controladas revelaram padrões contrastantes de acúmulo de prolina entre os genótipos testadosem resposta a diferentes estresses. Sob estresse salino (NaCl), a cultivar Pérola apresentou acúmulo de prolina significativamente superior ao apresentado em BAT 477, especialmente após exposição prolongada (12 dias) e concentrações elevadas do NaCl, atingindo aproximadamente 55 μmol/g MF comparado a apenas 7 μmol/g MF em BAT 477. Em contrapartida, sob osmótico induzido por polietileno glicol (PEG 6000), observado-se comportamento inverso, com BAT 477 exibindo maior capacidade de acúmulo de prolina (8 μmol/g MF) em comparação com Pérola (3,5 μmol/g MF). Por meio de análises in silico, identificou-se os perfis de expressão desses genes em folhas de dois genótipos de feijão (BAT 477 e Pérola) sob estresse salino e hídrico. Os genes PvP5CS1, PvP5CS3 e PvP5CS4 mostraram expressão gênica significativas menores em diferentes tecidos vegetais (in silico). O estresse salino (osmótico), caracterizado por altas concentrações de sais, difere do estresse hídrico, que pode ocorrer tanto pela deficiência quanto pelo excesso de água. Estes resultados sugerem a existência de mecanismos regulatórios distintos e genótipos específicos na biossíntese e transporte de prolina em resposta a diferentes estresses abióticos em P. vulgaris L.. A elucidação desses mecanismos moleculares oferece perspectivas promissoras para o melhoramento genético envolvendo o desenvolvimento de cultivares com maior estabilidade produtiva sob condições ambientais adversas, contribuindo assim para a segurança alimentar e a sustentabilidade agrícola.
Abstract: The common bean (Phaseolus vulgaris L.) is a crop of significant socioeconomic importance in Brazil, with production distributed across multiple states and seasonal cycles. This legume faces substantial soil and climate challenges, particularly abiotic stresses such as water deficit and salinity, which are limiting factors that reduce productivity. In this context, investigating contrasting genotypes for tolerance to these stresses, such as BAT 477 (tolerant) and Pérola (susceptible), represents a fundamental strategy for developing cultivars adapted to adverse environmental conditions. This study aimed to identify in silico and molecularly characterize the genes encoding the enzyme Δ¹-pyrroline-5-carboxylate synthetase (P5CS) and proline transporters (ProT) in P. vulgaris L., key components in the biosynthesis and translocation of proline, a compatible osmolyte with a crucial role in osmoregulation and cellular protection mechanisms under stress conditions. Through comparative genomic analyses, four P5CS genes and two ProT genes were identified in the common bean genome. The PvP5CS genes are distributed across chromosomes 1, 8 (containing two genes), and 10, indicating segmental duplication events throughout the species' evolutionary history. Phylogenetic analyses revealed significant genomic conservation among the P5CS genes of P. vulgaris L., Arabidopsis thaliana, and Oryza sativa. Regarding transcriptional profiles, PvP5CS3 showed the highest expression in all developed tissues, with particular abundance in nodules and roots, while PvP5CS2 exhibited reduced transcriptional levels in all vegetative organs. The ProT transporters, located on chromosomes 1 and 8, displayed preferential expression in floral tissues. Physiological assays under controlled conditions revealed contrasting patterns of proline accumulation between the tested genotypes in response to different stresses. Under saline stress (NaCl), the Pérola cultivar showed significantly higher proline accumulation compared to BAT 477, especially after prolonged exposure (12 days) and high NaCl concentrations, reaching approximately 55 μmol/g FW compared to only 7 μmol/g FW in BAT 477. Conversely, under osmotic stress induced by polyethylene glycol (PEG 6000), an opposite behavior was observed, with BAT 477 exhibiting greater proline accumulation capacity (8 μmol/g FW) compared to Pérola (3.5 μmol/g FW). Through in silico analyses, the expression profiles of these genes were identified in leaves of two bean genotypes (BAT 477 and Pérola) under saline and water stress. The genes PvP5CS1, PvP5CS3, and PvP5CS4 showed significantly lower gene expression in different vegetative tissues (in silico). Saline stress (osmotic), characterized by high salt concentrations, differs from water stress, which can result from both water deficiency and excess. These results suggest the existence of distinct regulatory mechanisms and genotype-specific responses in proline biosynthesis and transport under different abiotic stresses in P. vulgaris L.. The elucidation of these molecular mechanisms offers promising prospects for genetic improvement, supporting the development of cultivars with greater yield stability under adverse environmental conditions, thus contributing to food security and agricultural sustainability.
Palavras-chave: Feijão; in silico; RT-qPCR; expressão gênica; transportador de prolina.
Bean; in silico; RT-qPCR; gene expression; proline transporter.
Área(s) do CNPq: AGRONOMIA::CIENCIA DO SOLO
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade do Oeste Paulista
Sigla da instituição: UNOESTE
Departamento: Doutorado em Agronomia
Programa: Doutorado em Agronomia
Citação: Oliveira, Jardel. Caracterização in silico e expressão de genes relacionados à prolina em feijão sob condições de estresse abióticos. 2025. 88 f. Tese (Doutorado em Agronomia) - Universidade do Oeste Paulista, Presidente Prudente, SP, 2025.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://bdtd.unoeste.br:8080/jspui/handle/jspui/1737
Data de defesa: 30-Abr-2025
Aparece nas coleções:Doutorado em Agronomia

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