Orientador : Alvaro S. Costa

Tese (doutorado) - Universidade Estadualde Campinas, Instituto de Biologia

Resumo: O objetivo do presente trabalho foi contribuir ao conhecimento do mecanismo de resistência que a soja IAC-2 apresenta ao vírus do mosaico da soja (VMS). Este tipo de resistência, caracteriza embora não impeça a infecção pelo vírus, se pela gradual remissão dos sintomas, por apresentar...

Resumo: O objetivo do presente trabalho foi contribuir ao conhecimento do mecanismo de resistência que a soja IAC-2 apresenta ao vírus do mosaico da soja (VMS). Este tipo de resistência, caracteriza embora não impeça a infecção pelo vírus, se pela gradual remissão dos sintomas, por apresentar índices muitos baixos de transmissão do vírus pela semente e também pelos baixos índices de manchamento da semente (mancha-café) causado pelo vírus. A resistência da soja IAC-2 difere da normalmente utilizada no melhoramento desta espécie, associada que conferem hipersensibilidade ao VMS, a genes a estudada variedade. A soja IAC-2 foi comparativamente utilizando como referencial Santa Rosa, que apresenta características típicas de suscetibilidade ao VMS. A influência da temperatura sobre a resistência especialmente considerada, comparando-se tratamentos de foi alta (30-34°C) e baixa (20-24°C) temperatura. Foram analisados seguintes parâmetros: a. evolução dos sintomas foliares os em diferentes temperaturas; b. concentração de vírus avaliada através de MEIAD (microscopia eletrônica de imuno-adsorção); c. citopatologia ao nível de microscopia eletrônica; d. localização intracelular de proteínas virais através de imuno--citoquimica ("immunogold"); e. localização da catalase .2. peroxisomal por citoquímica enzimáticaj f. atividade da catalase (EC 1.11.1.6) determinada por espectrofotometria e g. atividade da peroxidase (EC 1.11.1.7) determinada pelo teste do guayacol. Na variedade resistente IAC-2 foi verificado que em alta temperatura as áreas verde-escuras do mosaico foliar aumentaram sintomas. sua superfície, acelerando a regressão dos Isto não aconteceu na variedade suscetível Santa Rosa. A concentração de vírus foi menor nas plantas mantida em alta temperatura, mas esta diferença só ocorreu na variedade resistente IAC-2. A concentração viral nas áreas verde-escuras foi menor do que nas verde-claras. A associação entre peroxisomas e inclusões citoplasmáticas virais parece ser mais freqüente na variedade resistente IAC-2, especialmente na junção entre as áreas verde-claras e escuras do mosaico. A atividade da catalase aumentou significativamente por efeito da infecção na variedade resistente. Na soja suscetível Santa Rosa a infecção só causou aumento desta atividade enzimática em alta temperatura, e em menor na variedade IAC-2 em baixa temperatura, as áreas verde-claras apresentaram menor atividade catalásica que as escuras. Em alta temperatura a catalase não difere nas áreas do mosaico e foi verificada correlação inversa significativa entre atividade catalásica e concentração de vírus. Em baixa temperatura não houve correlação. Na soja resistente a atividade da peroxidase aumentou por efeito da infecção tanto em alta com em baixa temperatura e sua distribuição seguiu um padrão inverso ao da catalase: foi mais ativa nas áreas verde-claras, que contêm mais vírus. Não foi detectada correlação entre a atividade desta enzima e a concentração viral. Para a interpretação dos resultados é proposto um esquema geral que é consistente com os resultados obtidos. O peróxido de hidrogênio (uma das espécies ativas de oxigênio, EAO) é produzido dentro do peroxisoma como um subproduto da fotorrespiração. O aumento no nível de catalase, verificado experimentalmente, seria causado pela infecção viral como parte de um mecanismo defensivo que usaria as EAOs para obstruir a replicação do vírus. A alta a produção de peróxido de hidrogênio, e incrementando provavelmente temperatura causa aumento da fotorrespiração, outras EAOs, no peroxisoma. A maior disponibilidade de EAOs resultaria numa mais eficiente oxidação das inclusões virais, que vírus. Isto presume-se resultaria são estruturas replicativas numa queda mais rápida do da concentração sintomas, viral e na aceleração da remissão dos sintomas. Os danos por oxidação nas inclusões poderiam ocorrer através de uma reação peroxidásica do complexo H2O2-catalase (complexo I). Outra possibilidade seria que o complexo I liberasse outras EAOs, como o radical hidroxila, de maior reatividade. Desta hipótese surge a possibilidade de que o excesso de catalase nos peroxisomas tenha como função a de ser um reservatório de EAOs, que poderiam assim ser utilizadas em diversos processos, entre eles a defesa contra a infecção viral. A acão de EAOs sobre as inclusões, com funções na replicação viral, seria a causa da queda de concentração vírus verificada na variedade resistente. O menor nível de vírus resultaria na remissão dos sintomas foliares. Presumivelmente, a menor concentração de vírus dificultaria a invasão dos primpórdios florais, o que explicaria a menor freqüência de sementes com mancha-café e menor transmissão pela semente

Abstract: The soybean cultivar IAC-2 has a type of resistance to soybean mosaic virus (SMV, potyvirus) that, though it does not avoid the infection, induces a gradual remission of symptoms. Moreover, this cultivar exhibits very low values of virus seed transmission and also low indexes of seed coat...

Abstract: The soybean cultivar IAC-2 has a type of resistance to soybean mosaic virus (SMV, potyvirus) that, though it does not avoid the infection, induces a gradual remission of symptoms. Moreover, this cultivar exhibits very low values of virus seed transmission and also low indexes of seed coat mottling. This type of resistance differs from the normally used in soybean breeding, based on few genes that confer hypersensitivity to SMV. The IAC-2 soybean was comparatively studied, using the cultivar The influence "Santa Rosa" as the susceptibility reference. of temperature was assessed by comparing treatments at high and low temperatures (respectively 30-34°C and 20-24°C). The parameters examined were: a. evolution of foliar symptoms; b. virus concentration determined by ISEM (immuno sorbent electron microscopy); c. cytopatholgy intracellular at the electron microscope leveI; d. localization of viral proteins through .5. immunogold methodsj e. peroxisomal catalase localization by enzyme cytochemistrYj f. catalase (EC 1.11.1.6) activity, determined by spectrophotometry, and g. peroxidase (EC 1.11.1.7) activity determined by the guayacol testo The resistant cultivar IAC-2 at high temperature showed an increase in size of the dark green areas, whichaccelerated the remission of symptoms. This did not occur in the susceptible cultivar Santa Rosa. The plants submitted to high temperature had lower virus concentration, but this difference was significant only in the resistant cultivar IAC-2. The dark green areas contained lesser virus than the light green areas. The association of peroxisomes and virus induced cytoplasmic inclusions appeared more frequently in the resistant cultivar. This association was especially abundant in the limits between the dark and light green areas. The leveI of catalasic activity was significantly increased as a result of SMV infection in the resistant IAC-2 soybean. The susceptible cultivar Santa Rosa showed a smaller increase in catalase activity and only at high temperature. The light green areas of the IAC-2 cultivar showed lower catalasic activity at low temperature. At high temperature the two mosaic areas did not differ in this enzymatic activity, but it was significantly correlated (inversely) virus concentration. Activity of peroxidase increased at low and high temperature and its distribution followed an inverse pattern to catalase: peroxidase was more active in light green areas, correlation was more virus. However, no significant detected between peroxidase activity and which contain virus concentration. A general scheme is proposed for the interpretation of .6. the results. Hydrogen peroxide (one of the active species, AOS) is produced within the peroxisomes as a oxygen normal by-product of photorespiration. The augment of catalase activity, here demonstrated, would be elicited by the virus infection as part of a mechanism which uses the AOS to obstruct the virus replication. The high temperature increases photorespiration, resulting in a greater production of hydrogen peroxide and probably other AOS, within peroxisomes. The greater availability of AOS would result in a more efficient oxidation of the virus inclusions, which are putative replicative structures. This would result in a faster reduction of virus concentration, followed by the remission of symptoms. The oxidative damages in the virus replicative structures may lase happen through a peroxidative reaction of H2O2-catageneration of I}. Another possibility would be the more reactive AOS, as the hydroxyl radical, (complex from the complex I. From this interpretation raises the hypothesis that the large excess of catalase present in the peroxisomes may function as a AOS reservoir, that would be used in different processes, among them the defense against virus infection. The virus concentration would drop as a consequence of oxidative lesions of the inclusions, and this would cause the remission of foliar symptoms. Presumably the lower virus concentration would be a factor for the poor invasion of floral primordia, explaining the low frequency of seed coat mottling and low seed transmission of the virus