Variação natural de folato em sementes de feijão-caupi [Vigna unguiculata (L.) Walp.] e sua correlação com a expressão do gene Vugch1 (GTP ciclohydrolase 1)

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Departamento de Botânica, Programa de Pós-Graduação em Botânica, 2016. No Brasil, o feijão-caupi é considerado uma das espécies alimentares mais cultivadas no Norte e Nordeste. Constitui um dos mais importantes componentes da dieta alimentar proteica e energética das populações rurais dessas regiões, é citada como fonte de folatos uma vitamina pertencente ao grupo vitaminas hidrossolúveis do complexo B9. As moléculas de folatos são formadas por três grupos funcionais: pterina, ácido para-aminobenzoico (pABA) e de um a oito resíduos de gluatamato. Em plantas, a primeira reação de produção de folatos é catalisada pela ação da gch1, que fornece instruções para a produção da enzima GTP ciclohidrolase 1, esta enzima está envolvida na primeira etapa da produção de folatos em plantas, produzindo a pterina, enquanto o precursor de pABA é sintetizado no cloroplasto. O objetivo do presente trabalho foi a quantificação do teor de folatos em 50 genótipos de feijão-caupi [Vigna unguiculata (L.) Walp.], disponibilizados pelo banco de germoplasma da Embrapa Meio-Norte (Piauí, Brasil), International Institute of Tropical Agriculture (IITA) (Oyo State, Nigéria) e Ahmadu Bello University (Zária, Nigéria). Além disso, estudou-se a correlação dos teores de folatos e os níveis de expressão do gene Vugch1, que codifica para a GTP ciclohidrolase 1, enzima considerada chave na rota de síntese de pterinas, um precursor de folatos. Os genótipos foram plantados em casa de vegetação e as sementes imaturas foram coletadas com 10, 15, 20 e 25 dias após a antese. O maior nível de expressão de Vugch1 foi observado em sementes coletadas 20 dias após a antese. Com as análises realizadas em sementes maduras constatou-se que houve uma variação no teor de folatos entre 177 a 780 μg/100g (Pingo de Ouro e Yarwaja, respectivamente) nos genótipos estudados, valores estes bem acima dos encontrados na literatura para o feijão-caupi. Confirmou-se a correlação entre a expressão do gene Vugch1 e a variação no teor de folatos. Com esses resultados, existe a possibilidade de avaliar os genótipos mais adequados para utilização de programas de melhoramento genético com variedades de feijão-caupi que possuam maior concentração no teor de folato. Espécies silvestres têm sido exploradas como fonte de alelos de tolerância para o melhoramento genético vegetal de várias culturas. O parental silvestre do amendoim, Arachis duranensis, é um genótipo que apresenta alta adaptabilidade ao déficit hídrico e foi utilizado em um ensaio de dry drown para sequenciamento do transcriptoma. A análise in silico e a validação por RT-qPCR de genes diferencialmente expressos auxiliaram na identificação de genes candidatos associados à resposta a seca. Dentre eles, uma proteína LEA mostrou-se positivamente regulada mediante a esse estresse. Sabe-se que proteínas LEA se comportam como chaperonas e são encontradas em abundância em tecidos sob dessecação, diante disso, o objetivo desse trabalho foi caracterizar, clonar e introduzir esse gene via transgenia em planta modelo (Arabidopsis thaliana) para compreender os efeitos da sua superexpressão. O gene foi inserido em plantas de A. thaliana, ecotipo Columbia 0, utilizando o método de floral dip e os eventos em homozigose (geração T3) foram testados. As linhagens foram plantadas em placas de meio MS com 150 mM de NaCl e 200 mM de manitol, separadamente, além de outro grupo que foi plantado em meio MS e colocado em temperaturas extremas (-18°C por uma hora e 37°C por oito horas). Foram calculadas as taxas de sobrevivência e o teor de açúcares solúveis totais de cada amostra/ensaio. O teste de seca também foi feito, onde a irrigação foi suspensa por 15 dias e foram feitas análises de área foliar, teor relativo de água e coexpressão de genes relacionados à tolerância a seca. Nos ensaios com NaCl e manitol não houveram diferenças entre as linhagens e as plantas não transformadas, além de ter sido observado desenvolvimento reduzido das plantas. Nos ensaios com temperaturas extremas as linhagens mantiveram seus teores de açúcares iguais ao controle enquanto as não-transformadas (NT) aumentaram seu teor de açúcares solúveis totais apenas no tratamento de calor e sem diferença significativa na taxa de sobrevivência entre as linhagens e NT. No ensaio com seca houve maior desenvolvimento da área foliar em algumas linhagens quando comparadas às plantas NT. Na análise de teor relativo de água as linhagens mostraram maiores teores relativos de água quando comparado à NT, sob condição de rega controlada e após 15 dias sem irrigação, sendo uma linhagem com maior teor significativo. Esse evento foi selecionado para a análise de expressão gênica de três genes coexpressos com a Dehidrina. Houve aumento da expressão dos três genes em diferentes situações, tanto pelo fato da planta superexpressar a AdDHN quanto pela indução da seca. Os resultados sugerem que esse gene possa conferir uma melhor resposta aos estresses abióticos. In Brazil, the cowpea is considered one of the most cultivated food species in the North and Northeast. It is one of the most important components of protein and energy diet of rural populations in these regions, is cited as a source of folate a vitamin belonging to the watersoluble vitamins group B9 complex. Folate molecules consist of three functional groups: pterin, para-aminobenzoic acid (pABA) and one to eight residues of gluatamate. In plants, the first folate production is catalyzed by the action of gch1, which provides instructions for the production of the enzyme GTP cyclohydrolase 1, the enzyme is involved in the first step of folate production in plants producing pterin as the precursor pABA is synthesized in the chloroplast. The aim of this study was to quantify the folate content in 50 cultivars of cowpea [Vigna unguiculata (L.) Walp.] provided by the germplasm bank of Embrapa Meio Norte (Piauí, Brazil), International Institute of Tropical Agriculture (IITA) (Oyo State, Nigeria) and Ahmadu Bello University (Zaria, Nigeria). In addition, the correlation of folate content and the expression of the gene Vugch1 was studied. Vugch1 codes for GTP cyclohydrolase 1, a key enzyme for the pterins pathway. The cultivars were planted in the greenhouse and the immature seeds were harvested 10, 15, 20 and 25 days after anthesis. The highest expression level of Vugch1 gene was observed 20 days after anthesis. It was ibserved a variation in the folate content in mature seeds ranging from 177 to 780 μg/100g (Pingo de Ouro and Yarwaja respectively). It was confirmed the correlation between the expression of the Vugch1 gene and folate content. With these results, it is possible to perform appropriate genotype crosses in order to generate new elite varieties with high folate content.