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Regulação do crescimento pela via Target of rapamycin (TOR) em plantas

Processo: 12/19561-0
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Apoio a Jovens Pesquisadores
Vigência: 01 de junho de 2013 - 31 de dezembro de 2017
Área do conhecimento:Ciências Biológicas - Botânica - Fisiologia Vegetal
Pesquisador responsável:Camila Caldana
Beneficiário:Camila Caldana
Instituição-sede: Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações (Brasil). Campinas , SP, Brasil
Auxílios(s) vinculado(s):16/50189-0 - Can we control how plants produce their biomass?, AP.R
Bolsa(s) vinculada(s):16/13576-6 - Transformação genética e caracterização funcional da via TOR (Target of Rapamycin) em plantas modelo de C3 (Arabidopsis) e C4 (Setaria), BP.TT
15/04658-6 - A influência da via TOR (Target of Rapamycin) no metabolismo de amido em Arabidopsis thaliana, BP.IC
14/10407-3 - Interação entre a via Target of Rapamycin (TOR) e o metabolismo energético em plantas, BP.DR
14/07918-6 - Caracterização funcional do gene Target of Rapamycin using Setaria como planta modelo: dissecando o papel da via TOR regulando crescimento e metabolismo em plantas C4, BP.PD
Assunto(s):Crescimento vegetal  Biologia de sistemas  Metabolismo  Biologia molecular vegetal 

Resumo

O aumento da demanda mundial por alimentos e combustíveis torna fundamental o desenvolvimento de estratégias para melhorar a produtividade de cultivos agrícolas e, no caso dos biocombustíveis, biomassa. O aumento da produção de biomassa vegetal está diretamente relacionado ao crescimento e é dependente da integração entre fatores ambientais como disponibilidade de nutrientes ou status energético em decisões moleculares. Uma das vias de sinalização bastante conservada em eucariotos responsáveis pela integração de parâmetros intra - e extracelulares que controlam o metabolismo e crescimento envolve a quinase TOR ("Target Of Rapamycin"). TOR controla o crescimento através de uma série de processos biológicos, como transcrição, biogênese de ribossomos, tradução, status energético, homeostase metabólica e ciclo celular. Em plantas, apesar de se saber que os níveis de expressão de TOR estão diretamente correlacionados com o crescimento vegetal, ainda pouco se conhece sobre como TOR controla o crescimento em organismos fotossintéticos. O objetivo principal das pesquisas realizadas no nosso grupo nos últimos anos é entender os mecanismos moleculares e metabólicos envolvidos no crescimento de plantas modulado por TOR. Em nossos experimentos mais recentes foi realizada uma análise integrativa de perfis transcripcionais e metabólicos em mutantes com silenciamento condicional da quinase TOR na planta modelo Arabidopsis thaliana. Nossos resultados revelam que TOR tem um papel central não apenas no balanço de carbono/nitrogênio como também no metabolismo energético. Nossas análises indicaram que esta "reprogramação" metabólica resulta em alterações no metabolismo de energia, lipídio e carbono, representados pelo acúmulo de aminoácidos, amido e triacilglicerídeos. Baseado nestas observações, nosso grupo esta propondo um papel para TOR como potente "interruptor" metabólico, que pode regular tanto crescimento como partição de nutrientes, apresentando uma potencial rota biotecnológica no aumento de produção de biomassa e otimização da partição de carbono para a produção de biocombustíveis. O silenciamento condicional de TOR em nossas plantas é uma ferramenta que permite o controle temporal e quantitativo da expressão gênica dessa quinase reguladora, uma vez que plantas não induzidas apresentam níveis de expressão de TOR comparáveis ao tipo selvagem e se desenvolvem normalmente. Por esse sistema é possível controlar o crescimento da planta até a mesma atingir uma determinada biomassa. Uma vez que a produção de biomassa desejada fosse alcançada, haveria uma indução no silenciamento de TOR (consequentemente, os níveis de expressão de TOR seriam reprimidos), seguida de um refinamento metabólico in planta, o qual resultaria em conversão e acúmulo de fontes de carbono menos dispendiosas para planta como amido e triacilglicerídios. Vale ressaltar que todas estas observações foram encontradas na planta modelo Arabidopsis thaliana que possui fotossíntese C3. A maioria das espécies com potencial para bioenergia possuem o sistema de fotossínteses C4 e nada se conhece sobre o papel de TOR nessas espécies. Assim, o principal objetivo deste trabalho seria validar o papel de TOR na regulação de crescimento e biomassa em plantas C4 como a espécie Setaria italica. Além disso, tendo em vista que existem vários esforços da comunidade científica na bioengenharia de características de plantas C4 em cultivos C3, este trabalho também propiciará uma comparação da modulação do crescimento por TOR em espécies C3 e C4, auxiliando na elucidação da rede regulatória destes dois sistemas fotossintéticos. Do ponto de vista tecnológico, a proposta inclui o estabelecimento de um laboratório de metabolômica na instituição, que poderá irá contribuir não apenas no desenvolvimento do presente projeto, mas em projetos futuros relacionados a metabolismo e engenharia metabólica. (AU)

Matéria(s) publicada(s) na Agência FAPESP sobre o auxílio:
Proteína TOR pode ser a chave para controlar o crescimento de plantas 

Publicações científicas
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
CALDANA, CAMILA; MARTINS, MARINA C. M.; MUBEEN, UMARAH; URREA-CASTELLANOS, REYNEL. The magic `hammer' of TOR: the multiple faces of a single pathway in the metabolic regulation of plant growth and development. Journal of Experimental Botany, v. 70, n. 8, SI, p. 2217-2225, APR 1 2019. Citações Web of Science: 2.
MONTE-BELLO, CAROLINA C.; ARAUJO, ELIAS F.; MARTINS, MARINA C. M.; MAFRA, VALERIA; DA SILVA, VIVIANE C. H.; CELENTE, VIVIANE; CALDANA, CAMILA. A Flexible Low Cost Hydroponic System for Assessing Plant Responses to Small Molecules in Sterile Conditions. JOVE-JOURNAL OF VISUALIZED EXPERIMENTS, n. 138 AUG 2018. Citações Web of Science: 0.
SEKI, MOTOHIDE; OHARA, TAKAYUKI; HEARN, TIMOTHY J.; FRANK, ALEXANDER; DA SILVA, VIVIANE C. H.; CALDANA, CAMILA; WEBB, ALEX A. R.; SATAKE, AKIKO. Adjustment of the Arabidopsis circadian oscillator by sugar signalling dictates the regulation of starch metabolism. SCIENTIFIC REPORTS, v. 7, AUG 16 2017. Citações Web of Science: 13.

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