Estudo de fatores envolvidos na resistência a altas temperaturas ( HSPs) relacionados com a FBN em caupi ( Vigna unguiculata)

Código: 03.2000.127

Líder do projeto: Norma Gouvea Rumjanek

Resumo:

Os habitats tropicais possuem a maior parte da biodiversidade do planeta representando bancos genéticos valiosos. No entanto, geralmente os beneficiários destes recursos tem sido os países desenvolvidos. A reversão deste quadro exige que cada vez mais sejamos capazes de efetuar as diferentes etapas de utilização do material genético à nossa disposição. Este projeto visa associar duas características genéticas importantes para as regiões tropicais: tolerância a altas temperaturas e atividade de fixação biológica de nitrogênio (FBN) em leguminosas associadas ao rizóbio. Nos trópicos, a temperatura elevada não raramente é um dos principais fatores que diminui a produtividade agrícola. A resposta celular frente a estresses ambientais está intimamente relacionada com alterações no padrão de expressão gênica e síntese de proteínas específicas tais como as proteínas de choque térmico (HSPs). Por outro lado, a FBN tem sido bastante utilizada no Brasil em culturas de leguminosa de importância econômica reduzindo significativamente a aplicação de adubos nitrogenados. No entanto, este processo é bastante limitado em condições de temperaturas elevadas, sendo o feijão comum uma das culturas mais afetadas. Neste sentido, o isolamento e a caracterização de genes que codificam as HSPs em leguminosas, podem contribuir para o melhor entendimento dos mecanismos envolvidos na resposta a altas temperaturas, para a seleção e/ou melhoramento de genótipos de leguminosas com capacidade de tolerar esse estresse ambiental sob condições de FBN. No Brasil, o caupi ou feijão-de-corda (Vigna unguiculata) é um espécie de leguminosa cultivada por pequenos e médios produtores da região semi-árida nordestina que é capaz de suportar bem o estresse térmico comum à região onde a temperatura na superfície do solo pode atingir valores superiores a 40ºC. A cultura apresenta um alto percentual de proteína no grão sendo de extrema importância na dieta alimentar do sertanejo durante a seca. Além disso, o caupi pode obter o nitrogênio necessário para altos níveis de produtividade através da associação com rizóbio, diminuindo o custo de produção. A importância da cultura é uma conseqüência direta da presença de material genético capaz de tolerar as condições ambientais da região e das vantagens advindas da FBN. Esta duas características tornam o caupi uma cultura promissora para o isolamento e caracterização de genes de HSPs relacionados à atividade de fixação biológica de nitrogênio e à nodulação. Será realizada uma seleção prévia de associações caupi/rizóbio capazes de tolerar choque térmico em casa de vegetação a partir de germoplasma de caupi cedido pela Embrapa Meio-Norte que será agrupado pela técnica de RAPD e estirpes de rizóbio caracterizadas previamente na Embrapa Agrobiologia em colaboração com a Embrapa Semi-Árido. A associação mais tolerante será usada como fonte de genes de resistência, que serão identificados através da técnica de cDNA-AFLP. A partir da confirmação da expressão dos genes em condições de choque térmico, o gene completo será isolado por meio de RACE. A expressão desses genes em condições de campo será também avaliada nas áreas irrigadas e de sequeiro do Semi-Árido brasileiro. A caracterização destes genes auxiliará na compreensão dos mecanismos de termo-tolerância envolvidos, possibilitando o desenvolvimento de estratégias que permitam otimizar o processo de FBN em leguminosas mais sensíveis tais como o feijão comum.

 

Ø 03.2000.127-01 - Seleção de estirpes de rizóbio e genótipos de caupi capazes de manter atividade de fixação biológica de nitrogênio em condições de altas temperaturas

Resumo:

Uma série de fatores relacionados tanto com a espécie de leguminosa, como a estirpe de rizóbio interferem nos processos de fixação biológica de nitrogênio (FBN). O microssimbionte apresenta diferentes níveis de eficiência de FBN em caupi nos experimentos de casa de vegetação. Além disso, tem sido também identificados isolados capazes de crescer em meio de cultura mantidos a 39ºC e 42ºC. Proteínas de tolerância a altas temperaturas (HSPs) também tem sido demonstradas em bactérias diazotróficas. Estes resultados mostram que a grande diversidade de estirpes capazes de nodular as leguminosas pode ser uma vantagem para a seleção de estirpes não só mais eficientes como também adaptadas às condições edafo-climáticas de regiões tropicais, garantindo a manutenção de níveis adequados de produtividade sob FBN. Além do microssimbionte, o genótipo da planta apresenta também papel fundamental no processo de FBN em altas temperaturas. O comportamento diferenciado observado entre os parceiros leguminosa/rizóbio indica que estudos em conjunto visando a identificação e seleção do macro e do microssimbiomte quanto a tolerância a altas temperaturas de forma a potencializar o sucesso da associação simbiótica são de importância crucial para potencializar o aporte de N fixado pelo processo de FBN. Este sub-projeto tem por objetivo principal selecionar estirpes capazes de nodular e fixar nitrogênio em caupi sob condições de altas temperaturas. Serão estudadas vinte estirpes de rizóbio promissoras quanto à FBN provenientes da região do Nordeste brasileiro (Sertão, Agreste e Zona da Mata de Pernambuco e Sergipe) e foram obtidas em projeto anterior desenvolvido na Embrapa Agrobiologia em colaboração com a Embrapa Semi-árido. Por outro lado, cerca de 50 variedades e cultivares de caupi de origens distintas (EUA, Nigéria e Brasil) foram cedidos pelo pesquisador Freire Filho da Embrapa Meio Norte. Estes materiais serão submetidos a análise por RAPD. A seleção de associações tolerantes a temperatura será realizada em casa de vegetação quando será aplicado um choque térmico. As associações selecionadas servirão como fonte de genes resistência que codificam proteínas do tipo HSPs que serão isolados e caracterizadas pelo sub-projeto 02 e também serão objeto de estudo de campo em área de sequeiro e irrigada no Semi-Árido brasileiro a serem efetuados pelo sub-projeto 03.

 

Ø 03.2000.127-02 - Isolamento e Caracterização de genes relacionados com a tolerância a altas temperaturas em caupi sob fixação biológica de nitrogênio

Subprojeto coordenado pela Universidade Federal do Rio de Janeiro

 

Ø 03.2000.127-03 - Avaliação da FBN em associações caupi/rizóbio tolerantes a altas temperaturas no semi-árido brasileiro

Subprojeto coordenado pela Embrapa Semi-Árido