Revelando as causas da ineficiência fotossintética da cana-de-açúcar sob baixa disponibilidade de nitrogênio

• Processo: 17/12302-2
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Pesquisa
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2018
• Data de Término da vigência: 31 de dezembro de 2018
• Área de conhecimento: Ciências Agrárias - Agronomia - Fitotecnia
• Pesquisador responsável: Rafael Vasconcelos Ribeiro
• Beneficiário: Rafael Vasconcelos Ribeiro
• Pesquisador Anfitrião: Paul Christiaan Struik
• Instituição Sede: Instituto de Biologia (IB). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Wageningen University, Holanda
• Assunto(s): Fotossíntese Nitrogênio Saccharum Bioenergia Biomassa
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: bioenergia | Biomassa | C4 | Fotossíntese | Nitrogênio | Saccharum | Fisiologia de plantas cultivas

Resumo

Em estudo prévio, notamos que há redução significativa no teor de nitrogênio foliar na fase que antecede a maturação da cana-de-açúcar em condição de campo. Embora saibamos que há uma forte relação entre a nutrição nitrogenada e a fotossíntese em plantas superiores, pouco sabemos sobre os processes subjacentes à assimilação de CO2 que são afetados pelo nitrogênio em plantas C4, como a cana-de-açúcar. Assim, a menor fotossíntese associada ao decréscimo do teor foliar de nitrogênio poderia ser uma consequência da ineficiência do sistema de concentração de CO2 nas células da bainha vascular, onde ocorre a fixação do CO2 pela enzima Rubisco. Neste tipo de metabolismo, não apenas as enzimas PEPC e Rubisco têm papel chave na fixação do CO2 atmosférico, mas também as resistências que determinam a concentração do CO2 nos sítios de carboxilação. A importância da condutância estomática para a fotossíntese tem sido exaustivamente estudada, ao passo que a condutância do mesofilo é um tópico em voga na área. Todavia, o papel da condutância da bainha do feixe vascular tem sido pouco estudado a tal ponto que não sabemos a importância desta variável na regulação da fotossíntese em plantas C4 como a cana-de-açúcar. Considerando a literatura existente, esta proposta de pesquisa tem como hipótese que o baixo teor foliar de nitrogênio causa menor fotossíntese da cana-de-açúcar devido à menor carboxilação das enzimas PEPC e Rubisco, sem necessariamente afetar o mecanismo de concentração de CO2 nas células da bainha do feixe vascular. A proposta também tem como objetivo revelar a importância relativa das condutâncias estomática, mesofílica e da bainha do feixe vascular na regulação da fotossíntese de plantas cana-de-açúcar frente à variação da disponibilidade de nitrogênio. As principais variáveis fotossintéticas ligadas aos metabolismos C4 nas células do mesofilo e C3 nas células da bainha do feixe vascular serão estimadas in vivo usando um modelo bioquímico de fotossíntese C4 baseado em medidas combinadas de trocas gasosas e de fluorescência da clorofila. Estas medidas serão realizadas em plantas de cana-de-açúcar crescidas em cinco doses de nitrogênio, sendo os teores de nitrogênio nas folhas e o acúmulo de biomassa avaliados. Com este estudo, revelaremos a importância do nitrogênio para o sistema de concentração de CO2 e para a fotossíntese de cana-de-açúcar, contribuindo para o melhor entendimento das bases fisiológicas que levam à redução da eficiência de conversão de energia luminosa em biomassa em plantas de cana-de-açúcar em condições de campo. Além do avanço científico em relação à regulação da fotossíntese em cana-de-açúcar, a proposta permitirá o desenvolvimento de competência e a criação de um grupo de pesquisa em modelagem da fotossíntese de plantas superiores, ainda inexistente no país.

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)

TOFANELLO, VANESSA R.; ANDRADE, LARISSA M.; FLORES-BORGES, DENISELE N. A.; KIYOTA, EDUARDO; MAYER, JULIANA L. S.; CRESTE, SILVANA; MACHADO, EDUARDO C.; YIN, XINYOU; STRUIK, PAUL C.; RIBEIRO, RAFAEL V.. Role of bundle sheath conductance in sustaining photosynthesis competence in sugarcane plants under nitrogen deficiency. PHOTOSYNTHESIS RESEARCH, v. 149, n. 3, p. 275-287, SEP 2021. (08/57495-3, 17/12302-2)

TOFANELLO, VANESSA R.; ANDRADE, LARISSA M.; FLORES-BORGES, DENISELE N. A.; KIYOTA, EDUARDO; MAYER, JULIANA L. S.; CRESTE, SILVANA; MACHADO, EDUARDO C.; YIN, XINYOU; STRUIK, PAUL C.; RIBEIRO, RAFAEL V.. Role of bundle sheath conductance in sustaining photosynthesis competence in sugarcane plants under nitrogen deficiency. PHOTOSYNTHESIS RESEARCH, JUN 2021. (17/12302-2, 08/57495-3)

RIBEIRO, RAFAEL V.; TORRES, RICARDO DA SILVA. Sentinel plants as programmable procession units: insights from a multidisciplinary perspective about stress memory and plant signaling and their relevance at community level. PLANT SIGNALING & BEHAVIOR, v. 13, n. 10, 2018. (17/12302-2, 15/24494-8)