Resumo O objetivo deste trabalho foi verificar se a introgressão do gene AtAREB1 em dois germoplasmas-elite de soja, 'LS93-0375' e 'BMX Desafio RR', aumenta a tolerância dessas plantas ao deficit hídrico. As progênies F4 das duas cultivares-elite e da linhagem transgênica AtAREB1 (BR16-AtAREB1) e de seu background ('BR16') foram submetidas a deficit hídrico. Os bioensaios de deficit hídrico foram realizados em casa de vegetação, tendo-se utilizado as seis seguintes linhagens de soja: a geneticamente modificada BR16-AtAREB1 e seu background 'BR16'; 'LS93' e sua progênie F4, LS93-AtAREB1; e 'BMX Desafio RR' e sua progênie F4, Desafio-AtAREB1. Utilizou-se delineamento experimental de blocos completos com tratamentos casualizados, em arranjo fatorial 6x2, com os seis genótipos de soja e duas condições hídricas – controle (C) e tratamentos de deficit hídrico (WD) –, com nove repetições. Os genótipos de soja que contêm o gene AtAREB1 exibiram melhor desempenho fisiológico sob estresse hídrico e expressão alterada de genes responsivos à seca. A introgressão de AtAREB1 na soja aumenta a tolerância à seca, independentemente do background genético em que o gene foi introduzido.

Abstract The objective of this work was to verify if the introgression of the AtAREB1 gene in the 'LS93-0375' and 'BMX Desafio RR' elite soybean germplasms increases the tolerance of these plants to water deficit. The F4 progenies of these two elite cultivars and of the AtAREB1 transgenic line (BR16-AtAREB1) and its background ('BR16') were subjected to water deficit assays. The water deficit bioassays were performed in a greenhouse using the following six soybean lines: the genetically modified BR16-AtAREB1 and its background 'BR16'; 'LS93' and its F4 progeny, LS93-AtAREB1; and 'BMX Desafio RR' and its F4 progeny, Desafio-AtAREB1. A randomized complete block experimental design was carried out in a 6x2 factorial arrangement, with the six soybean genotypes and two water conditions – control (C) and water deficit (WD) treatments – with nine replicates. Soybean genotypes containing the AtAREB1 gene showed better physiological performances under drought stress and altered expressions of drought-responsive genes. The intogression of AtAREB1 in soybean increases the plant drought tolerance, regardless of the genetic background in which the gene was introduced.

Soybean has a wide range of applications in the industry and, due to its crop potential, its improvement is widely desirable. During drought conditions, soybean crops suffer significant losses in productivity. Therefore, understanding the responses of the soybean under this stress is an effective way of targeting crop improvement techniques. In this study, we employed the Suppressive Subtractive Hybridization (SSH) technique to investigate differentially expressed genes under water deficit conditions. Embrapa 48 and BR 16 soybean lines, known as drought-tolerant and -sensitive, respectively, were grown hydroponically and subjected to different short-term periods of stress by withholding the nutrient solution. Using this approach, we have identified genes expressed during the early response to water deficit in roots and leaves. These genes were compared among the lines to assess probable differences in the plant transcriptomes. In general, similar biochemical processes were predominant in both cultivars; however, there were more considerable differences between roots and leaves of Embrapa 48. Moreover, we present here a fast, clean and straightforward method to obtain drought-stressed root tissues and a large enriched collection of transcripts expressed by soybean plants under water deficit that can be useful for further studies towards the understanding of plant responses to stress.

Os objetivos deste trabalho foram determinar o movimento heliotrópico dos trifólios superiores de duas cultivares de soja, BR 16 e Embrapa 48, durante o dia, em três estádios fenológicos e em dois regimes hídricos e determinar o impacto da irrigação e do movimento foliar diário nas características agronômicas e na produção de grãos. Movimentos heliotrópicos foram determinados a cada hora, em três estádios fenológicos: V4-V6, V7-V10 e R5, em parcelas irrigadas e não irrigadas. Para cada estágio, a elevação do folíolo e o azimute foram medidos por hora. Em índices de área foliar (IAF) baixo e médio (V4-V6 e V7-V10), o diaheliotropismo foi levemente mais intenso e frequente nas plantas sem irrigação do que nas irrigadas, e somente nas primeiras horas matinais e últimas horas da tarde. Em R5 (alto IAF), o paraheliotropismo dos trifólios superiores foi predominante e mais intenso em plantas não irrigadas. Os movimentos heliotrópicos se correlacionaram com o ganho de carbono mas não com o ambiente (intensidade de luz ou temperatura), para medidas às 11 horas. 'Embrapa 48' apresenta maior paraheliotropismo do que 'BR 16', em plantas com alto IAF enquanto 'BR 16' apresenta menor plasticidade nas respostas heliotrópicas nas parcelas irrigadas. Apesar de diferenças no heliotropismo, o genótipo e disponibilidade de água não influenciaram a produção de grãos.

The objectives of this work were to determine the heliotropic movements of the upper trifoliates for two soybean cultivars, BR 16 and Embrapa 48, during a daily cycle, in three phenological stages and two water regimes, and to estimate the impact of irrigation and daily leaflet movements on agronomic characteristics and grain yield. Heliotropic movements were studied in three phenological stages: V4-V6, V7-V10, and R5 in irrigated and non-irrigated plots. For each stage, the leaflet elevation and azimuth were measured hourly. Under a low (V4-V6 stage) and mid (V7-V10 stage) leaf area index (LAI) the diaheliotropism was slightly more frequent and intensive in non-irrigated than in irrigated plants, only at early morning and late afternoon hours. At R5 stage (high LAI) the paraheliotropism of superior trifoliates was predominant and more intensive in non-irrigated plants. The heliotropic movements are correlated to carbon gain, but not to environment (light intensity or temperature), for measurements at 11h. 'Embrapa 48' expresses greater paraheliotropism than 'BR 16' at high LAI, while 'BR 16' displays lower heliotropic plasticity under irrigation. In spite of significant heliotropic differences, genotype and water availability treatments did not influence the final grain yield.

Análises morfo-anatômicas e micromorfométricas de duas cultivares de soja, MG/BR46 (Conquista) e BR16—tolerante e sensível à seca, respectivamente, em experimento conduzido em casa de vegetação—foram feitas para estudar as diferentes estratégias de tolerância ao déficit hídrico. Tratamentos de seca foram aplicados no estádio reprodutivo R2 e R7, onde avaliações foram conduzidas em 30 dias e 45 dias após o inicio do estresse, respectivamente. O comprimento total das plantas da cultivar Conquista (parte aérea e raiz) foi maior do que das plantas da cultivar BR16. A massa seca da vagem foi adversamente afetada pelo déficit hídrico, diminuindo a produtividade das plantas da cultivar Conquista. Ambas as cultivares tiveram o desenvolvimento de pêlos radiciais normais e, uma diminuição da razão córtex:cilindro central foi observada em BR16 estressada por 30 dias, além de apresentar uma espessura do folíolo e distribuição dos estômatos normais. Diferenças na tolerância à seca observada entre as duas cultivares devem estar relacionadas também a outros fatores, alm das características morfológicas, já que esta espécie possui um ciclo de vida curto.

In a greenhouse experiment, morpho-anatomical and micromorphometrical analyses of two soybean cultivars, MG/BR46 (Conquista) and BR16-tolerant and sensitive to drought, respectively-were used to study their water-deficit-tolerance strategies. Drought treatments were applied at reproductive stages from R2 to R7, where evaluations were conducted at 30 days and 45 days after stress started, respectively. The total length of Conquista plants (shoot + root) was greater than of BR16 plants. Pod dry weight was adversely affected due to the lack of moisture, decreasing productivity even of Conquista plants. Both the cultivars had normal development of root hairs; however, it was observed a decrease in the cortex:central cylinder ratio in BR16 stressed for 30 days, and they also showed similar leaflet thickness and stomata distribution. Differences in drought tolerance observed between the two cultivars seemed to be related to factors other than morphological traits since this species has a short lifecycle.

Tolerância à seca em plantas não é uma característica simples, mas sim um complexo de mecanismos trabalhando em combinação para evitar ou tolerar períodos de déficit hídrico. Genótipos que diferem em tolerância à déficits hídricos apresentam diferenças qualitativas e quantitativas de expressão gênica. Quatro genótipos de algodão (Gossypium hirsutum L.) (Siokra L-23, Stoneville 506, CS 50 e T-1521) que apresentam distintas respostas quando submetidos ao déficit hídrico, foram estudados pelo uso da técnica "Differential Display -- (DD)". Com esta técnica é possivel identificar e isolar genes diferencialmente expressos nestes genótipos. Cinquenta e dois fragmentos de DNA complementar (DNAc) foram isolados, clonados e seqüenciados. Análises em bancos de dados mostraram que dois clones de DNAc, A12B15-6 e A12B13-1 tem alta homologia com uma proteína de choque térmico que adere a calmodulin, e é encontrada em Nicotiana tabacum (2.9e-32 P(N)) e com a enzima trehalose-6-fosfato sintase de Arabidopsis thaliana (9.0e-37 P(N)), respectivamente. Uma das funções propostas para as proteínas de choque térmico (HSP) é a de prevenir a desnaturação de proteínas durante a desidratação celular. A enzima trehalose-6-fosfato sintase esta envolvida na produção de trehalose, um disacarídio conhecido por estar envolvido na proteção de membranas celulares durante a desidratação. O homólogo da HSP foi encontrado diferencialmente expresso durante o período de seca em dois genótipos tolerantes à seca, mas não nos genótipos sensíveis. O homólogo da enzima trehalose-6-fosfato sintase foi também induzido durante o déficit hídrico, entretanto, todos os quatro genótipos expressaram este homólogo. Ensaios protegidos de ribonucleases confirmaram os resultados.

Tolerance to drought in plants is not a simple trait, but a complex of mechanisms working in combination to avoid or to resist water deficit. Genotypes that differ in tolerance to water deficit may show qualitative and quantitative differences in gene expression when submitted to drought periods. Four cotton (Gossypium hirsutum L.) genotypes (Siokra L-23, Stoneville 506, CS 50 and T-1521) with contrasting responses to water deficit stress were studied using the Differential Display (DD) technique to identify and isolate genes which may differ among them. Fifty-two cDNA fragments differentially expressed during water deficit were isolated, cloned and sequenced. Search of gene bank databases showed that two cDNA clones, A12B15-6 and A12B13-1, have high homology with a heat shock protein that binds to calmodulin found in Nicotiana tabacum (2.9e-32 P(N)) and with an Arabidopsis thaliana trehalose-6-phosphate synthase enzyme (9.0e-37 P(N)), respectively. One of the presumed functions of heat shock proteins is related to prevention of protein denaturation during cellular dehydration. Trehalose-6-phosphate synthase is involved in the production of trehalose, a disaccharide known to osmotically protect cell membranes during dehydration. The HSP homologue was found to be differentially expressed during the drought period in two drought tolerant genotypes but not in drought-sensitive genotypes. The trehalose-6-phosphate synthase homologue was also up-regulated during water deficit stress, however, all four genotypes were induced to express this homologue. Ribonuclease protection assays confirmed these results. This is an important finding since there are only few reports of trehalose presence in higher plants and none in cotton.

Tolerância à seca em plantas não é uma característica simples, mas sim um complexo de mecanismos que trabalham em conjunto ou isoladamente para evitar ou tolerar períodos de déficit hídrico. Genótipos que diferem em tolerância ao déficit hídrico devem apresentar diferenças qualitativas e quantitativas na expressão gênica quando submetidos a períodos de seca. Três cultivares de soja (BR-4, BR-16 e MG/BR-46 Conquista), com respostas contrastantes ao déficit hídrico, foram estudadas com o uso da técnica "Differential Display" (DD) para identificar e isolar genes que podem apresentar diferenças de expressão durante períodos de seca entre os genótipos estudados. Um total de 84 fragmentos de DNAc diferencialmente expressos foram detectados. Trinta e cinco fragmentos foram clonados em vetores pGEM-T, onde vinte e oito puderam ser seqüenciados. Comparação das seqüências obtidas com seqüências em bancos de genes mostraram identidade de seqüência com genes conhecidos. Um dos clones, por exemplo, mostrou homologia com um ativador de transcrição encontrado em Arabidopsis thaliana, ao passo que outro clone mostrou-se homólogo a uma subunidade de NADH Desidrogenase de Spinacia oleracea. O ativador de transcrição apresentou-se diferencialmente expresso somente em raízes, e o homólogo à subunidade de NADH Desidrogenase foi expresso somente no genótipo considerado tolerante à seca e somente durante a condição de estresse hídrico. Pelos resultados deste trabalho, foi possível identificar alguns fragmentos potencialmente envolvidos em respostas à condição de seca em soja. Com essas informações, o estudo desses genes pode ser aprofundado, visando à confirmação desses resultados e a auxiliar no desenvolvimento de novos genótipos mais adaptados às condições de seca em soja e possivelmente em outras culturas.

Tolerance to drought in plants is not a simple trait, but rather a complex of mechanisms working in combination to avoid or to tolerate water deficit. Genotypes that differ in tolerance to water deficit would have qualitative and quantitative differences in gene expression when submitted to periods of drought. Three soybean cultivars (BR-4, BR-16 and MG/BR-46 Conquista) with contrasting responses to water deficit stress were studied by using the "Differential Display" (DD) technique to identify and isolate genes which may differ among these cultivars. A total of 84 cDNA fragments differentially displayed were detected. These fragments were extracted from the DD gels and reamplified. Third-five reamplified fragments were cloned in pGEM-T vectors. From these, 28 clones were able to be sequenced. Search of gene bank databases showed, for example, that two cDNA clones, A1B2-1 and A1B1-8 have high homology with a Transcription Activator found in Arabidopsis thaliana and a NADH Dehydrogenase ND4L subunit found in Spinacia oleracea, respectively. The clone A1B2-1 was found differentially expressed only in roots. Clone A1B1-8, on the other hand, was expressed only in a drought tolerant cultivar and only during a water deficit situation. The results of this work allowed a screening of part of the expressed genes during a drought situation in soybean. Now the study of these expressed genes can be deepened to confirm these results and to help the development of new drought tolerant soybean genotypes.