Análise comparativa dos efeitos da microgravidade, calor e hipóxia no padrão de expressão gênica das plantas: uma abordagem bioinformática
dc.contributor.advisor | Scortecci, Katia Castanho | |
dc.contributor.advisor-co1 | Medeiros, Nathalia Maíra Cabral de | |
dc.contributor.advisorID | https://orcid.org/0000-0002-4690-2785 | pt_BR |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/4808910380593455 | pt_BR |
dc.contributor.author | Lima, Rafaela Alves de | |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/1473262804535396 | pt_BR |
dc.contributor.referees1 | Varani, Alessandro de Mello | |
dc.contributor.referees2 | Ferreira, Leonardo Capistrano | |
dc.date.accessioned | 2024-09-13T21:19:13Z | |
dc.date.available | 2024-09-13T21:19:13Z | |
dc.date.issued | 2024-04-24 | |
dc.description.abstract | Plants are subjected to daily environmental changes and must respond optimally to tolerate these modifications. Alterations in gravity, hypoxia, and heat are examples of environmental changes that can induce abiotic stress, primarily triggering oxidative signaling. Since microgravity is not a condition naturally occurring on Earth, some exposure methods are required to place plants in environments with gravity approaching zero. The use of international space stations and space flights are ways to expose plants to this type of environment. However, there is still no consensus on all the effects that microgravity may trigger. Thus, comparing microgravity studies with other environmental factors can enhance understanding of plant responses to microgravity. In this context, the integration of transcriptomic data from studies available on open-access platforms was performed, investigating the impacts of microgravity, hypoxia, and thermal stress on plants. Since these environmental conditions may share oxidative signaling pathways, the objective of this integration was to enrich the understanding of plant responses to microgravity, heat, and hypoxia in a comparative manner, as well as to explore the differential and correlated effects of microgravity in international space station and space flight settings. Therefore, bioinformatics tools were employed to identify significantly activated central genes, ontologies, and metabolic pathways. For data integration, a selection was made according to inclusion and exclusion criteria. For example, studies should clearly state experimental conditions and compare stressed and non-stressed plants. Consequently, 16 microgravity studies were selected, including 11 from international space stations and 6 from space flights, along with 10 thermal stress studies and 9 hypoxia studies. This integration revealed significant regulation of genes related to chlorophyll biosynthesis. These results suggest that photooxidation may be an important effect under microgravity, hypoxia, and heat conditions. This effect appears to be independent of microgravity exposure type. There was also an overlap in the activation of antioxidant metabolic pathways: glutathione metabolism and phenylpropanoid biosynthesis, demonstrating that plants employ redox homeostasis pathways using different strategies. Primary metabolism, specifically through the production of sugars such as starch and fructose, is significantly affected under hypoxia, heat, and microgravity conditions. These sugars are essential for energy production, carbon metabolism, and gravity signaling. Therefore, oxidative signaling triggered by microgravity, heat, and hypoxia significantly affected chlorophyll production and primary metabolism; however, this impact may be mitigated by intense antioxidant activity. Comparing these responses to those induced by other environmental stresses provides important insights into the adaptive capacity of plants in environments with different gravitational forces. Such understanding is crucial for developing strategies to enhance crop resilience in terrestrial and space agriculture contexts. | pt_BR |
dc.description.resumo | As plantas são submetidas diariamente a mudanças ambientais e devem responder da melhor maneira para tolerar essas modificações. Alterações de gravidade, hipóxia e calor são exemplos de mudanças ambientais que podem gerar o estresse do tipo abiótico, que tem como principais efeitos desencadear uma sinalização oxidativa. Visto que a microgravidade não é uma condição que naturalmente ocorre na Terra, são necessários alguns métodos de exposição que as coloquem em ambientes com gravidade tendendo a zero. O uso de estações espaciais internacionais e voos espaciais são formas de expor a planta a esse tipo de ambiente. Todavia, ainda não há consenso de todos os efeitos que a microgravidade pode desencadear. Assim, comparar estudos de microgravidade com outros fatores ambientais pode aprimorar a compreensão das respostas das plantas à microgravidade. Neste contexto, realizou-se a integração de dados transcriptômicos oriundos de estudos disponibilizados em plataformas de acesso aberto, os quais investigam os impactos do estresse de microgravidade, hipóxia e térmico em plantas. Visto que essas condições ambientais talvez compartilhem uma sinalização oxidativa. O objetivo dessa integração foi de enriquecer o entendimento das respostas vegetais à microgravidade, calor e hipóxia de forma comparada, bem como explorar os efeitos diferenciais e correlacionados da microgravidade em estação espacial internacional e voo espacial. Sendo assim, ferramentas de bioinformática foram empregadas para identificar genes centrais, ontologias e vias metabólicas significativamente ativadas. Para a integração de dados foi realizada uma seleção de acordo com alguns critérios de inclusão e exclusão. Por exemplo, os estudos deveriam conter as condições de experimento bem explicitadas e comparação de plantas com estresse e sem estresse sendo analisados. Por consequência foram selecionados 16 estudos de microgravidade, sendo 11 de estação espacial internacional e 6 de voo espacial, com 10 estudos de estresse térmico e 9 estudos de hipóxia. Esta integração revelou significativa regulação de genes relacionados à biossíntese de clorofila. Esses resultados sugerem que a fotooxidação pode ser um efeito importante nas condições de microgravidade, hipóxia e calor. Esse efeito parece ser independente do tipo de exposição a microgravidade. Foi observado também uma sobreposição na ativação de vias metabólicas antioxidantes: metabolismo de glutationa e biossíntese de fenilpropanoides, demonstrando que as plantas apresentam vias de homeostase redox utilizando diferentes estratégias. O metabolismo primário, especificamente por meio da produção de açúcares como amido e frutose, é significativamente afetado em condições de hipóxia, calor e microgravidade. Esses açúcares são essenciais para a produção de energia, metabolismo do carbono e sinalização da gravidade. Portanto, a sinalização oxidativa desencadeada pela microgravidade, calor e hipóxia afetou de forma significativa a transcrição de gene ligados a produção de clorofila e o metabolismo primário, contudo, este impacto pode ser mitigado por uma atividade antioxidante intensa. A comparação dessas respostas com as provocadas por outros estresses ambientais fornece perspectivas importantes sobre a capacidade adaptativa das plantas em ambientes com força gravitacional diferente. Tal entendimento é crucial para desenvolver estratégias que aumentem a resiliência de cultivos em contextos de agricultura terrestre e espacial. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Fundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq | pt_BR |
dc.identifier.citation | LIMA, Rafaela Alves de. Análise comparativa dos efeitos da microgravidade, calor e hipóxia no padrão de expressão gênica das plantas: uma abordagem bioinformática. Orientadora: Dra. Kátia Castanho Scortecci. 2024. 94f. Dissertação (Mestrado em Bioquímica e Biologia Molecular) - Centro de Biociências, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2024. | pt_BR |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/60156 | |
dc.language | pt_BR | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal do Rio Grande do Norte | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFRN | pt_BR |
dc.publisher.program | PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOQUÍMICA E BIOLOGIA MOLECULAR | pt_BR |
dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
dc.subject | Estresse abiótico | pt_BR |
dc.subject | Alteração da força gravitacional | pt_BR |
dc.subject | Homeostase oxidativa | pt_BR |
dc.subject | Via metabólica | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS | pt_BR |
dc.title | Análise comparativa dos efeitos da microgravidade, calor e hipóxia no padrão de expressão gênica das plantas: uma abordagem bioinformática | pt_BR |
dc.title.alternative | Comparative analysis of the effects of microgravity, heat, and hypoxia on the gene expression pattern of plants: a bioinformatic approach | pt_BR |
dc.type | masterThesis | pt_BR |
Arquivos
Pacote Original
1 - 1 de 1
Nenhuma Miniatura disponível
- Nome:
- Analisecomparativaefeitos_Lima_2024.pdf
- Tamanho:
- 5.6 MB
- Formato:
- Adobe Portable Document Format
Nenhuma Miniatura disponível