Resumo: A presença do alumínio (Al) em solos ácidos é o principal fator limitante da produtividade agrícola no Brasil e no mundo. A resposta desenvolvida pelas plantas contra o Al é complexa e a identificação de genes responsivos após a exposição ao íon através de técnicas de análise em larga escala, como microarrays, pode facilitar a sua compreensão. Este projeto possui como objetivo ampliar o conhecimento sobre a fisiologia e a regulação gênica de raízes e folhas utilizando genótipos contrastantes de milho (Cat100-6 (Al-tolerante) e S1587-17 (Al-sensível)) cultivadas em solo ácido com concentração fitotóxica de Al. As linhagens de milho Cat100-6 e S1587-17 foram cultivadas por um ou três dias em solo ácido (pH 4,1) ou solo corrigido com Ca(OH)2 (pH 5,5). O genótipo S1587-17 apresentou uma maior inibição do crescimento radicular, resultado este altamente correlacionado com a acumulação de Al nos ápices radiculares e deposição de calose. Os dados fisiológicos confirmam a discriminação entre as duas linhagens em solo, abrindo perspectivas para entender pela primeira vez a base molecular das alterações das plantas em condições próximas à realidade de campo. O transcriptoma de raízes possibilitou a identificação possíveis candidatos a tolerância ao Al. Adicionalmente, com um experimento de hidroponia separamos as variáveis pH e presença de Al, ambas condições diferenciais do tratamento com solo. Identificamos, entre os candidatos, genes responsivos pela presença do Al e não pela acidez delimitando assim os genes com possíveis papéis na tolerância ao Al presente no solo ácido a apenas três: retinol desidrogenase, um fator de transcrição WRKY e uma proteína desconhecida. Esses resultados permitem concluir que o cultivo em solo é diferencial em relação à hidroponia, e outros fatores que apenas presentes no substrato solo podem provocar a indução de alguns genes. Diversas vias metabólicas são afetadas na linhagem sensível pelo tratamento em solo ácido e podem estar envolvidas na inibição radicular como a produção de lignina, celulose e calose e a síntese de etileno e auxina. O mapeamento nos cromossomos dos genes identificados pelo experimento de microarray das raízes de milho permitiu a identificação de genes localizados dentro de QTLs de milho previamente descritos na literatura como responsáveis pelo fenótipo tolerante. Diante esse resultado, podemos especular o papel de genes como uma proteína ligadora de RNA, uma inibidora de proteases e ciclinas na tolerância ao Al contido no solo ácido. Pela primeira vez na literatura, o transcriptoma de folhas coletadas após três dias de cultivo em solo ácido ou solo corrigido foi obtido com o uso de microarrays da Affymetrix. Essa análise indicou profundas alterações na Cat100-6, em contraposição à ausência de alteração significativa nas folhas na S1587-17. Genes referentes à fotossíntese e a fotorrespiração foram regulados negativamente pelo tratamento em solo ácido no genótipo tolerante. Contudo, o ciclo do ácido cítrico está ativado indicando uma putativa participação da produção de ácidos orgânicos nas folhas na resposta ao Al Ver menos

Abstract: The presence of aluminum (Al) is the main factor limiting crops yield in Brazil and worldwide. The plant responses developed against this ion are complex and the identification of responsive genes after exposure to the ion with the use of a large scale technique, such as microarrays, can facilitate its comprehension. This project aimed to amplify the knowledge about physiology and gene expression regulation of roots and leaves associated towards Al resistance using contrasting maize genotypes (Cat100-6 (Al-tolerant) and S1587-17 (Al-sensitive) cultivated in acid soil containing phytotoxic concentrations of Al. Maize lines Cat100-6 and S1587-17 were cultivated for one or three days in acid soil (pH 4,1) or limed soil with Ca(OH)2 (pH 5,5). The genotype S1587-17 presented a higher root growth inhibition, which is highly correlated with Al accumulation in the root apexes and callose deposition. The physiological data confirms the discrimination of the two maize lines cultivated in soil, opening perspective to understand for the first time the molecular bases of alterations in plants on a closer condition to the field. Transcriptome from roots made possible the identification of possible tolerance candidates and genes constitutively expressed genes in the tolerant line. Additionally, throw a hydroponic experiment we splited the variables pH and Al presence, both differential conditions between soil treatments. It was possible to identify, among the candidates, genes responsive in the presence of Al in acid soil rather than acidity limiting genes with a possible roles in Al present in the acid soil tolerance to only three: retinol dehydrogenase, the transcription factor WRKY and an unknown protein. These results allow the conclusion that the soil culture is different in relation to hydropony, and other factors present only in soil substrate could provoke the induction of some genes. Several metabolic pathways were affected in the sensitive line after acid soil growth and could be involved on root growth inhibition such as lignin, cellulose and callose production and ethylene and auxin synthesis. The mapping of the identified genes through the microarray experiments into the chromosomes allowed the identification of genes localized into maize QTLs previously reported in the literature as responsible for the tolerant phenotype. Facing these results, we can speculate the role of these genes such as a RNA binding protein, a protease inhibitor, and cyclines in the Al present in the acid soil tolerance. For the first time in literature, the transcriptome of leaves collected after three days in culture with acid soil or limed soil with the Affymetrix microarrays. This analysis indicated great alterations in Cat100-6, meanwhile S1587-17 showed no significative alteration. Genes related to photosynthesis and photorespiration were down-regulated due acid soil treatment in the tolerant genotype. However, citric acid cycle was activated indicating the putative partitipation of organic acids produced in the leaves in thr Al response Ver menos