Francisco Scaglia Linhares.

Baseado em análises transcriptômicas, tanto da regulação da Endodormência em variedades com diferentes requerimentos de endodormência, como na coloração vermelha de variedades com graus diferentes de pigmentação serão selecionados genes candidatos para edição genica via CrispR/CAS9.

Baseado em informações disponíveis na literatura, sobre experimentos de transcriptômicas na espécie Setaria virídis, está sendo criado uma base de dados relacional, com informações de co-expressão e níveis transcricionais. A partir dessas informações serão extrapolados fatores de transcrição (FT) implicados nos processos de lignificação da parede celular, processo importante para o melhoramento de biocombustíveis de segunda geração. Estes FT e seus domínios de interação em cis, serão depois testados através experimentos de interação DNA-proteínas, utilizando a técnica do mono-híbrido de levedura.

A proposta atual visa atingir a agricultura sustentável no bioma Amazônia, avaliando modelos de sistemas agroflorestais (SAFs), conectando a saúde do solo com a qualidade dos frutos. Estes SAFs serão comparados a outros sistemas que adotam práticas agrícolas menos conservacionistas. Mais especificamente, visa compreender profundamente a diversidade microbiana dos solos amazônicos, bem como suas características químicas, físicas e biológicas e sua relação com o estado mineral e a produtividade das plantas, em um processo denominado feedback planta-solo. Solos e frutos provenientes de SAFs com plantas de Cacau, Cupuaçu e Açaí serão coletados e caracterizados através da integração de parâmetros físico-químicos, bioquímicos e microbiológicos. As características de saúde do solo serão monitoradas para compreender os efeitos na produção de frutos e para investigar como os novos cultivares se comportam em relação aos cultivares tradicionais. Em contrapartida, a qualidade dos frutos será avaliada pela combinação do conteúdo nutricional com a produção de compostos orgânicos, avaliada por análises metabolômicas. A população da comunidade microbiana é quantificada pela análise do metagenoma do DNA do solo usando sequenciadores de próxima geração, e o feedback entre a nutrição dos frutos e a diversidade microbiana é estimado pela análise estatística de associação. Ensaios em casa de vegetação serão realizados para avaliar o feedback planta-solo nesses SAFs para testar a adaptabilidade de cultivares de maçã na região Amazônica. Paralelamente, serão realizados programas de melhoramento genético para desenvolver novas cultivares adaptáveis ao cultivo em ambiente tropical. O principal objetivo é criar novas cultivares de maçã com produção sustentável de frutos na região amazônica, com foco nos genes responsáveis pela dormência e resistência a doenças. A combinação dos resultados gerará modelos que valorizem e busquem agregar valor à produção agroflorestal dos povos amazônicos, gerando subsídios científicos e econômicos para o desenvolvimento da agricultura local sustentável. Uma compreensão mais ampla das interações com as populações microbianas naturais nas áreas frutícolas trará orientações cruciais para as decisões de gestão agrícola e melhorará o rendimento de frutos de alta qualidade. Este projeto pode aumentar o nível de compreensão científica e tecnológica da relação entre a saúde do solo e a qualidade dos frutos nos sistemas agroflorestais amazônicos. Os benefícios gerados por este estudo aumentarão o reconhecimento dos produtos agroflorestais e dos agricultores, criando incentivos para modelos agrícolas mais sustentáveis. O potencial social desta proposta busca aumentar o conhecimento sobre a produção sustentável para a região, fortalecendo laços e gerando benefícios entre os países envolvidos na proposta. Os resultados do atual projeto poderiam ser estendidos a outras regiões do Brasil (Mata Atlântica) e do Japão (áreas da Mata Norte), pela aplicação do modelo planta-solo-feedback para melhorar a regeneração da flora (e da fauna) e a produção de alimentos. Haverá um programa de treinamento para estudantes do Brasil e do Japão, com seções on-line e demonstrações de campo lideradas pelos pesquisadores envolvidos. (AU)

A substituição parcial de Na+ por K+ tem sido estudada agronomicamente como uma fonte alternativa, sustentável e mais econômica de nutrição mineral. Análises fisiológicas, anatômicas e bioquímicas revelaram que essa substituição tem vantagens em estabelecer uma melhor resposta a estresse hídrico, e que essa resposta é diferencialmente regulada em diferentes espécies de Eucalipto. Utilizando duas variedades contrastantes no que se refere a resposta ao estresse hídrico, conjuntamente com a substituição parcial Na+ por K+, estamos estudando os mecanismos adaptativos transcricionais de resposta a seca.

O projeto envolveu a análise da resposta de assimilação de Nitrogênio marcado em diferentes variedades de cana-de-açúcar, conjuntamente com mudanças anatômico-funcionais, em resposta a fertilização N foliar.

Setaria viridis é uma espécie de gramínea muito relevante no cenário agrícola brasileiro, pois, por apresentar todas as características de uma planta modelo e ter metabolismo C4, vem sendo utilizada em estudos que visam compreender o funcionamento e desenvolvimento vegetal, bem como os mecanismos moleculares que o modulam. A raiz primária de S. viridis é degradada dias após a sua formação, quando se inicia o desenvolvimento de raízes adventícias. No presente trabalho se busca a caracterização morfoanatômica do meristema radicular de S. viridis por meio de técnicas de microscopia. Além disso, os genes PLETHORA, WOX 5 e SCARECROW, já muito descritos no estabelecimento da raiz, terão sua expressão caracterizadas neste trabalho com o intuito de se compreender quais os mecanismos moleculares envolvidos na degeneração da raiz primária em Setaria viridis. O fluxo auxínico será monitorado, durante o desenvolvimento do meristema radicular, com a utilização de sensor sintético da auxina DR5-GFP via método de transformação genética floral dip, visando o estabelecimento da relação entre o fluxo polar de auxina e esse desenvolvimento em monocotiledôneas.

Os PIs podem participar na regulação de estruturas do citoesqueleto em células vegetais, na polarização do crescimento do tubo polínico e recentemente foi visto que PIs podem também influenciar propriedades biofísicas da membrana plasmática, característica importante na especificação de sinalizações celulares. Verificou-se que a membrana plasmática e a placa de células que se dividem mitoticamente apresentam característica eletrostática única dirigida por fosfatidil inositol 4 fosfato (PIP4) (Simon et al., 2016).
Levando em consideração que a enzima PI4K provavelmente seja codificada pelo gene AtPI4Kγ1 e que este está implicado na via de fosforilação de PIP4, fortes evidências sugerem uma possível relação do gene AtPI4Kγ1 com o tráfego intracelular e implicação ativa em mecanismos responsáveis pela fertilidade masculina em plantas.

As mudanças climáticas são consideradas como uma das maiores ameaças ao atual estilo de vida do ser humano. Portanto existe uma busca crescente por fontes renováveis de energia, principalmente por aquelas que contribuem para reduzir as emissões de CO2 como é o caso da utilização de biocombustíveis. No entanto, a expansão da utilização de biocombustíveis esbarra principalmente em preocupações relacionadas à expansão da área plantada mediante destruição de habitats naturais ou pela redução da área plantada para produção de alimentos. Portanto, para aumentar estavelmente a produção de biocombustíveis, a melhor saída possível é incrementar o rendimento energético dos cultivos nas condições climáticas de cultivo atuais tanto como as previstas para o futuro onde os efeitos das mudanças climáticas globais começarão a ser mais drásticos. Infelizmente, o melhoramento genético da cana de açúcar e outros cultivos com potencial de produção de bioetanol são lentos devido às características genéticas intrínsecas destas espécies vegetais, tal como a poliploidia.
O objetivo do presente projeto é explorar os mecanismos do metabolismo fotossintético de plantas C4. Para acelerar o conhecimento sobre este mecanismo fotossintético, nos propomos desenvolver uma plataforma genômica e instrumentos de caracterização funcional da monocotiledônea Setaria viridis, que sirva de sistema genético modelo tanto para a cana de açúcar como para outras espécies de interesse agronômico que possuem metabolismo fotossintético C4. Para este objetivo pretendemos utilizar duas estratégias: i) Implementar a utilização de S.viridis e criar um banco de mutantes insercionais que possa ser utilizado com a finalidade de analisar o metabolismo fotossintético C4. O banco de mutantes insercionais será analisado buscando plantas que apresentem eficiência fotossintética alterada. Além disto, pretendemos selecionar também alguns mutantes que apresentem características de crescimento diferenciais quando crescidas em condições sub ótimas, como as previstas nos cenários de mudança climática; ii) Identificar os genes, genômicos e plastidiais, que tem variação de expressão relacionada com o metabolismo fotossintético C4. Neste sentido se analisará, através da técnica RNA- seq, a flutuação transcritômica em tecidos foliares, raízes e flores e em células do mesófilo e da bainha do feixe Krantz onde ocorre a fotossíntese C4. Genes diferencialmente regulados serão identificados tanto na situação controle como também em condições sub ótimas que refletem as possíveis condições climáticas futuras (alta concentração de CO2 e estresse hídrico).

Em plantas o correto desenvolvimento dos orgãos reprodutivos masculinos é fundamental para a formação de polen viável e o desenvolvimento dos estames é um excelente sistema para estudar a organogênesis e o diferenciamento celular das plantas. Neste sentido experimentos prévios tinham evidenciado a implicação de uma proteína (AtPI4Ky1)capaz de fosforilar lipídeos específicos no processo de maturação do pólen. A análise do mutante deste gene no organismo modelo Arabidopsis revelou a implicação desta cináse nos processo de maturação dos grãos de pólen, através da deposição mediada por exocitose de ceras e esinas na camada externa dos grãos de pólen.

NIK1 (NSP-Interacting Kinase) foi identificada como alvo do fator de virulência de Geminivirus NSP. A função desta proteína está ligada a virulência de Geminivirus, posto que o mutante nik1 de Arabidopsis thaliana apresenta maior suscetibilidade ao ataque deste virus. Esta proteína pertencente a familia das LRR-RLK (cináse tipo receptor- rica em repetições de leucina) une o fator NSP determinando uma cascada de fosforilações. O objetivo deste projeto é analizar os resíduos aminoacídicos importantes da A-loops da estrutura proteíca e caracterizar a cascada autofosforilativa induzida em NIK1 ao unir o fator NSP.

Determinação do tamanho do meristema proximal, da zona de divisão e da zona de transição de plantas silvestres de Arabidopsis crescidas em presência/ausência de citocininas. Contrôle da dimensão do meristema em mutantes da percepção do hormônio vegetal citocinina. Depleções ou aumentos locais das citocininas endógenas através da expressão tecido-específica de enzimas da biossíntese/catálise das citocininas.

Análise fenotípica e caracterização funcional do mutante insercional atphr1, cujo mecanismo de resposta a carência de fosfato está alterado. Caracterização bioquímica e localização subcelular do fator transcripcional de resposta a carência de fosfato AtPHR1. Análise transcriptômico dos genes de resposta a carência de fosfato, discernindo entre os diretamente regulados por PHR1 e genes ativados secundáriamente através de microarranjos sobre plantas silvestres e mutantes atphr1 crescidos em condições de presência/carência de fosfato. Imunoprecipitação da cromatina ancorada ao fator transcripcional PHR1 durante a resposta a carência de fosfato e análise do estado de metilação da histona 3 em posição lis4/9.

Caracterização bioquímica da função enzimática dos oncogenes vegetais rolB e rolD de Agrobacterium rhizogenes através de expressão ectópica em E.coli. Ensaios quantitativos de atividade enzimática acoplados a reação luminométrica do substrato conjugado com o reporter Metil-Umbelliferona. Superexpressão da proteína ectópica de Agrobacterium em plantas de Nicotiana tabacum e análise fenotípica das plantas superexpressantes. Corelação entre o fenótipo do superexpressante e plantas de tabaco expostas a períodos de seca. Caracterização funcional da proteína ROLD de A.rhizogenes como ornitina ciclodeaminase, e implicação da superexpressão da proteína com o metabolismo da prolina.