Manipulação da senescência foliar e da degradação de clorofila visando o melhoramento de frutos

Autor(es)

Bruno Silvestre Lira

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: São Paulo.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Instituto de Biociências (IBIOC/SB)
• Data de defesa: 2017-08-23

Membros da banca

Maria Magdalena Rossi; Helaine Carrer; Carlos Alberto Labate; Marcelo Menossi Teixeira

• Orientador: Maria Magdalena Rossi

Resumo

As folhas, para a maioria das espécies vegetais, são o principal órgão responsável pela fixação de carbono. Durante o desenvolvimento foliar, o potencial fotossintético aumenta até a folha atingir a sua maturidade. Consequentemente, no momento que o programa de senescência se inicia, a folha apresenta a maior taxa de fotossíntese, a qual passa então a declinar conforme o cloroplasto se desorganiza e a maquinaria fotossintética é degradada. Apesar da redução na fixação de carbono, o catabolismo de macromoléculas possibilita a remobilização de nutrientes para os órgãos dreno em desenvolvimento. Neste contexto, atrasar a senescência destaca-se como uma promissora estratégia para aumento da produtividade, uma vez que estende o período de máxima fixação de carbono das folhas. Outra estratégia que tem recebido atenção por, potencialmente, regular a capacidade fotossintética e afetar a qualidade nutricional dos órgãos coletáveis é a manipulação da degradação da clorofila. Durante o catabolismo deste pigmento, o fitol liberado é reciclado podendo ser armazenado (i.e. na forma de ésteres de fitil com ácidos graxos), ser utilizado na síntese de novas moléculas de clorofila ou ser incorporado na rota biossintética de tocoferóis. Estes últimos compostos, por seu potencial antioxidante, possuem alto valor nutracêutico. No entanto, a maior parte dos estudos sobre senescência e degradação de clorofila foi realizada na planta modelo Arabidopsis thaliana ou em gramíneas, tornando escassas as informações relativas a plantas com frutos carnosos de interesse para a dieta humana. Nesse âmbito, o tomateiro, Solanum lycopersicum, é um excelente modelo de estudo não apenas pela disponibilidade de recursos genético e genômicos, mas também pela importância agronômica e nutricional desta espécie. Assim, este trabalho pretende expandir o conhecimento acerca dos efeitos da manipulação da degradação de clorofila e da senescência sobre o metabolismo e produtividade do tomateiro, bem como sobre a qualidade nutricional dos frutos. De modo a se avaliar as consequências de alterações na degradação de clorofila, iniciou-se por identificar e caracterizar em tomateiro as enzimas clorofilase e feofitinase, as quais catalisam a defitilação da molécula de clorofila. Uma vasta análise filogenética, evolutiva e transcricional permitiu a identificação de dois grupos de clorofilases, um dos quais estaria envolvido na plasticidade de respostas a estímulos e o outro na homeostase dos níveis de clorofila. Já para feofitinase, somente um grupo foi identificado, o qual está relacionado a processos fisiologicamente programados que levam à degradação de clorofila (i.e. senescência foliar e amadurecimento de frutos). Dado o panorama obtido, a feofitinase foi escolhida para ser constitutivamente silenciada de modo a se avaliar as consequências para o metabolismo de folhas e frutos. Como consequência do silenciamento, as linhagens transgênicas mostraram-se incapazes de degradar clorofila durante a senescência, mas, embora com um atraso nas etapas iniciais, a degradação ao longo do amadurecimento de frutos não foi comprometida. Diversos parâmetros fotossintéticos e bioquímicos foram indicativos de fotoinibição, possivelmente em virtude de uma deficiência na reciclagem da clorofila em folhas. Isto acarretou em um aumento na exportação de açúcares para frutos, incrementando a concentração de açúcares solúveis nos frutos maduros, que, em contrapartida, resultou na queda nos teores de carotenoides. A queda nestes compostos antioxidantes foi, ao menos parcialmente, compensada por um aumento nos níveis de tocoferóis. Os resultados indicaram que a feofitinase possui um papel além da degradação de clorofila associada à senescência, e que sua manipulação leva ao desenvolvimento de frutos com maior teor de açúcares solúveis e de tocoferóis ao custo da redução no de carotenoides. Desta forma, estas evidências suportam a manipulação da clorofila como estratégia para o melhoramento de frutos carnosos. Para investigar o efeito da senescência sobre a produtividade e qualidade de frutos foi escolhido o fator de transcrição ORESARA1, o qual está amplamente caracterizado em A. thaliana e é considerado um regulador chave no desencadeamento deste processo. A partir de uma extensa análise filogenética e da caracterização de sua regulação, um putativo ortólogo foi selecionado como alvo para silenciamento. Como consequência desta manipulação, folhas apresentaram os níveis de clorofila incrementados. Além disto, taxas fotossintéticas maiores que as do genótipo controle foram mantidas por maior tempo indicando que a iniciação da senescência foi retardada. Assim, estas plantas produziram um maior número de frutos, consequentemente, aumentando o índice de colheita dessas linhagens. Os frutos maduros apresentaram maiores teores de açúcares solúveis e de tocoferóis. Os resultados demostraram que o retardo do início da senescência é uma estratégia efetiva para aumento da produtividade de tomateiro. Coletivamente, os resultados obtidos aprofundam o conhecimento acerta dos impactos da degradação de clorofila e senescência sobre o metabolismo de plantas com frutos carnoso, além de prover estratégias para se incrementar a produtividade e a qualidade nutricional de frutos (AU)

• Processo FAPESP: 12/04283-4 - Manipulação da senescência foliar e da degradação da clorofila visando o melhoramento de frutos
• Beneficiário: Bruno Silvestre Lira
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto