Expressão de genes relacionados à tolerância à submersão e regulação do degrane em arroz daninho (Oryza sativa L.)

Abstract

A utilização de lâmina de água é um importante método de controle de arroz daninho na cultura do arroz. O efeito da submersão sobre a germinação e o crescimento inicial do arroz daninho vem diminuindo, o que compromete a eficiência de sistemas de cultivos inundados de arroz. A regulação da tolerância a submersão é parcialmente conhecida apenas em arroz cultivado, mas existe pouco conhecimento em arroz daninho. De forma similar, existe necessidade de avanços no conhecimento sobre o degrane de sementes em arroz cultivado e daninho. Os objetivos desse estudo foram caracterizar a ocorrência e a importância dos principais genes de regulação da tolerância a submersão durante a germinação e o crescimento inicial em arroz daninho e analisar variações na região promotora de gene envolvido com o degrane. A tolerância a submersão foi avaliada pela quantificação da emergência em diferentes lâminas de água e temperaturas e através da análise de expressão relativa de genes relacionados com este estresse. Ainda, foi avaliado a ocorrência de variações nucleotídicas na região promotora do gene OsXTH8 e procedimentos de cultura de tecidos para arroz daninho. O genótipo ITJ03 foi caracterizado como de elevada tolerância ao alagamento, com emergência superior a 90% nas temperaturas de 25 e 30 °C e sob submersão, enquanto que sob 20 °C não houve emergência. A expressão relativa dos genes RAmy3D e OsTPP7, responsivos ao alagamento, demonstrou para o genótipo tolerante, incremento respectivo de 30,58 e 46,71 vezes. O genótipo ITJ03 no período de 1 DAS teve a expressão dos genes ADH2 e SNRK1 induzida pela submersão em cerca de 63 vezes. A temperatura de 20 °C reduziu a expressão de todos os genes avaliados na parte aérea e radicular. Foi identificada a inserção de uma base “G” ou “C” na posição 289bp upstream ao start códon do gene OsXTH8 em todos os genótipos de arroz daninho com elevado degrane. O genótipo AV60 obteve aproximadamente uma planta regenerada por sementes submetida a cultura de tecido. A tolerância ao alagamento durante a germinação e o crescimento inicial em arroz daninho está associada a presença dos genes RAmy3D, OsTPP7, ADH2 e SNRK1. Baixas temperaturas em conjunto com lâmina de água evitam a emergência do arroz daninho, tornando-se ferramenta no manejo desta planta daninha. A inserção na região promotora do gene OsXTH8 pode ser correlacionada ao degrane em arroz daninho. O genótipo AV60 pode ser utilizado para cultivo in vitro em abordagens biotecnológicas.

Flooding is an important method of weedy rice control in cultivated rice. The reduction of the flooding effect on germination and initial growth of weedy rice has been observed, which compromise the efficiency of flooded rice systems. The regulation of flooding tolerance is only partially known in cultured rice and poorly understood in weedy rice. Similarly, it is necessary advances in the knowledge about seed shattering in cultivated and weedy rice. The objectives of this study were to characterize the occurrence and importance of the major genes for flooding tolerance during germination and initial growth in weedy rice and to analyze variations in the promoter region of a gene involved with seed shattering. Flooding tolerance was assessed by quantifying the emergence on different flooding depths and temperature and by analyzing relative expression of genes related with this stress. It was evaluated the occurrence of nucleotide variations in the promoter region of the OsXTH8 gene and tissue culture procedures for weedy rice. The ITJ03 genotype was characterized as high tolerant to flooding, with emergence higher than 90% at temperatures of 25 and 30 °C and under submersion, while under 20 °C there was no emergence. Relative expression of RAmy3D and OsTPP7 genes, responsive to flooding, showed an increase of 30.58 and 46.71 times, respectively, at the four days after sowing (DAS) for the tolerant genotype. The ITJ03 genotype in one DAS had the expression of ADH2 and SNRK1 genes induced by flooding about 63 times. The temperature of 20 °C reduced the expression of all the evaluated genes in the shoots and roots. The insertion of a "G" or "C" base at position 289bp upstream to the codon start of the OsXTH8 gene was identified in all genotypes of high seed shattering, while the AV60 genotype obtained approximately one regenerated plant per seed submitted to tissue culture. The tolerance to flooding during germination and initial growth in weedy rice is associated with the expression of RAmy3D, OsTPP7, ADH2 and SNRK1 genes. Low temperatures together with flooding depths prevent the emergence of weedy rice, becoming a tool in the management of this weed. An insertion into the promoter region of the OsXTH8 gene can be correlated to shattering seeds in weedy rice. The AV60 genotype can be used for to vitro culture in biotechnological approaches.