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Melhoramento de Artemisia annua L.: indução de poliploidia expressão gênica e seleção de genótipos de alto rendimento

Artemisia annua L. is a native herbaceous plant species from Asia that has aromatic leaves containing artemisinin, a sesquiterpene lactone that has shown efficacy against diseases such as cancer and malaria. To meet the demand for the molecule, management techniques and genetic improvement can be us...

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Autor principal:	Zanmaria, Silvia Leticia
Formato:	Tese
Idioma:	Português
Publicado em:	Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2017
Assuntos:	Artemísia Melhoramento de cultivos agrícolas Melhoramento genético Artemisia Crop improvement Breeding CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::AGRONOMIA::FITOTECNIA
Acesso em linha:	http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/1985
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id	riut-1-1985
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spelling	riut-1-19852017-02-18T05:01:29Z Melhoramento de Artemisia annua L.: indução de poliploidia expressão gênica e seleção de genótipos de alto rendimento Improvement in Artemisia annua L.: inducing polyploidy, selection of high-yield genotypes and genic expression Zanmaria, Silvia Leticia Marchese, José Abramo http://lattes.cnpq.br/5951247593837617 Finatto, Taciane http://lattes.cnpq.br/0528448968496434 Finatto, Taciane Benin, Giovani Dartora, Janaína Marchese, José Abramo Artemísia Melhoramento de cultivos agrícolas Melhoramento genético Artemisia Crop improvement Breeding CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::AGRONOMIA::FITOTECNIA Artemisia annua L. is a native herbaceous plant species from Asia that has aromatic leaves containing artemisinin, a sesquiterpene lactone that has shown efficacy against diseases such as cancer and malaria. To meet the demand for the molecule, management techniques and genetic improvement can be used to obtain superior genotypes. The objectives of this study were: to obtain A. annua genotypes with high yield of artemisinin and biomass by inducing polyploidy using colchicine; to analyze the genes expression related to artemisin biosynthesis pathways in plants under different nutritional levels; to perform a field assay to identify high yield genotypes for artemisinin and biomass. The polyploidy induction was tested in A. annua seeds and Artemis F2 variety with colchicine solution in 1% on doses of 0%, 0.05%, 0.1%, 0.15% and 0.2% for 0, 6, 12, 18, 24 and 30 hours, totaling 25 treatments. For gene expression analysis, a semi-quantitative RT-PCR technique was used, where the B23, B24, C23, C32 genotypes were submitted to different doses of nutrient solution in a greenhouse, using 25%, 50% and 100% of the complete dose (Hoagland's solution), with 3 replicates in a completely randomized design. To the field assay the same genotypes and variety Artemis F2 were tested in randomized block design with four replications. Agronomic, physiological and phytochemical evaluations were performed in all experiments. It has been found colchicine effect on artemisinin content, with maximum 0.60% for 0.10% dose, and it was not possible to confirm if polyploidization occurred. In the assessment of the production of secondary metabolites and the genes expression of enzymes involved in the synthesis of artemisinin from A. annua genotypes submitted to different levels of nutrition, it was observed the application of increasing doses of nutrient solution to A. annua plants allows linear increase for the production of biomass, with a contrary relation in the artemisinin production. Genotypes submitted to nutrition levels of 50% present better relation for the production of biomass, artemisinin and essential oil. The genes ADS1 and CYP71AV increase transcription in plants submitted to 50% levels of nutrient solution. These enzymes are directly involved in the artemisinin biosynthesis pathway. In the experiment of selecting superior genotypes, it was observed the variety Artemis F2 showed better performance in productivity of biomass and essential oil than other genotypes. The increased production of biomass for Artemis F2 justifies the higher oil yield. This variety has a differentiated plant architecture from the others, with greater height and greater density of branches. Artemisia annua L. é uma espécie vegetal herbácea nativa da Ásia que possui folhas aromáticas que contém artemisinina, uma lactona sesquiterpênica que tem demonstrado eficácia contra doenças como câncer e malária. Para atender a demanda pela molécula, técnicas de manejo e melhoramento genético podem ser utilizadas para obtenção de genótipos superiores. Os objetivos deste estudo foram: obter genótipos de A. annua de alto rendimento de artemisinina e biomassa por meio da indução de poliploidia utilizando colchicina; analisar a expressão de genes relacionados com as vias de biossíntese em artemisina em plantas sob diferentes níveis nutricionais; realizar um ensaio a campo visando identificar genótipos de alto rendimento para artemisinina e biomassa. A indução de poliploidia foi realizada em sementes de A. annua e na cultivar Artemis (F2) com solução de colchicina 1% nas doses de 0%, 0,05%, 0,1%, 0,15% e 0,2% durante 0, 6, 12,18, 24 e 30 horas, totalizando 25 tratamentos. Para análise da expressão gênica foi utilizada a técnica de RT-PCR semiquantitativa onde os genótipos B23, B24, C23, C32 foram submetidos, em casa de vegetação, a diferentes doses de solução nutritiva, sendo utilizados 25%, 50% e 100% da dose completa (solução de Hoagland), com 3 repetições em delineamento inteiramente casualizado. Para o ensaio a campo, os mesmos genótipos e a cultivar Artemis (F2) foram analisados em delineamento de blocos ao acaso com quatro repetições. Foram realizadas, em todos os experimentos, avaliações agronômicas, fisiológicas e fitoquímicas. Foi constatado efeito da colchicina no teor de artemisinina, sendo o valor máximo 0,60% para a dose de 0,10% sendo que não foi possível afirmar se houve poliploidização. Na avaliação da produção de metabólitos secundários e a expressão dos genes de enzimas envolvidas na síntese de artemisinina dos genótipos de A. annua submetidos a diferentes níveis de nutrição observou-se que a aplicação de doses crescentes de solução nutritiva para plantas de A. annua possibilita incremento linear para produção de biomassa, com relação contrária na produção de artemisinina. Genótipos submetidos à níveis nutrição de 50% apresentam melhor relação para a produção de biomassa e artemisinina e óleo essencial. Os genes ADS1 e CYP71AV aumentam a transcrição em plantas submetidas a níveis de 50% de solução nutritiva. No experimento de seleção de genótipos superiores a campo, foi possível observar que a variedade Artemis (F2) apresentou melhor desempenho em produtividade de biomassa e óleo essencial que os demais genótipos. A maior produção de biomassa para Artemis (F2) justifica o maior rendimento de óleo essencial. Essa variedade possui arquitetura de planta diferenciada das demais, apresentando maior estatura e maior adensamento entre ramos. 2017-02-17T14:09:19Z 2017-02-17T14:09:19Z 2016-09-05 doctoralThesis ZANMARIA, Silvia Leticia. Melhoramento de Artemisia annua L.: indução de poliploidia expressão gênica e seleção de genótipos de alto rendimento. 2016. 114 f. Tese (Doutorado em Agronomia) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Pato Branco, 2016. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/1985 por openAccess application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Pato Branco Brasil Programa de Pós-Graduação em Agronomia UTFPR
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description	Artemisia annua L. is a native herbaceous plant species from Asia that has aromatic leaves containing artemisinin, a sesquiterpene lactone that has shown efficacy against diseases such as cancer and malaria. To meet the demand for the molecule, management techniques and genetic improvement can be used to obtain superior genotypes. The objectives of this study were: to obtain A. annua genotypes with high yield of artemisinin and biomass by inducing polyploidy using colchicine; to analyze the genes expression related to artemisin biosynthesis pathways in plants under different nutritional levels; to perform a field assay to identify high yield genotypes for artemisinin and biomass. The polyploidy induction was tested in A. annua seeds and Artemis F2 variety with colchicine solution in 1% on doses of 0%, 0.05%, 0.1%, 0.15% and 0.2% for 0, 6, 12, 18, 24 and 30 hours, totaling 25 treatments. For gene expression analysis, a semi-quantitative RT-PCR technique was used, where the B23, B24, C23, C32 genotypes were submitted to different doses of nutrient solution in a greenhouse, using 25%, 50% and 100% of the complete dose (Hoagland's solution), with 3 replicates in a completely randomized design. To the field assay the same genotypes and variety Artemis F2 were tested in randomized block design with four replications. Agronomic, physiological and phytochemical evaluations were performed in all experiments. It has been found colchicine effect on artemisinin content, with maximum 0.60% for 0.10% dose, and it was not possible to confirm if polyploidization occurred. In the assessment of the production of secondary metabolites and the genes expression of enzymes involved in the synthesis of artemisinin from A. annua genotypes submitted to different levels of nutrition, it was observed the application of increasing doses of nutrient solution to A. annua plants allows linear increase for the production of biomass, with a contrary relation in the artemisinin production. Genotypes submitted to nutrition levels of 50% present better relation for the production of biomass, artemisinin and essential oil. The genes ADS1 and CYP71AV increase transcription in plants submitted to 50% levels of nutrient solution. These enzymes are directly involved in the artemisinin biosynthesis pathway. In the experiment of selecting superior genotypes, it was observed the variety Artemis F2 showed better performance in productivity of biomass and essential oil than other genotypes. The increased production of biomass for Artemis F2 justifies the higher oil yield. This variety has a differentiated plant architecture from the others, with greater height and greater density of branches.
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