Abstract The objective of this work was to determine whether the overexpression of the nuclear Rubisco large subunit (rbcL) improves the drought tolerance of the genetically modified (GM) BRSMG Curinga upland rice (Oryza sativa) cultivar. GM and non-genetically modified (NGM) plants of the same cultivar were compared under the two following water treatments: well watered (WW) and water deficit (WD). The performance of the agronomic traits of GM plants, including grain yield, was superior to that of NGM plants in both treatments. By quantitative polymerase chain reaction, GM plants show a significantly higher expression of the rbcL gene in both WW and WD, as well as a larger amount of abscisic acid. With the RNAseq analysis, almost three times more upregulated genes are identified in GM plants in stage 2 after water restriction, indicating a greater protection against water deficit. The higher expression of genes related to the protection of the cellular metabolism and a series of physiological alterations may be involved in the increase in the drought tolerance of GM rice plants overexpressing the rbcL gene.

Resumo O objetivo deste trabalho foi determinar se a superexpressão da grande subunidade nuclear da Rubisco (rbcL) aumenta a tolerância à seca da cultivar geneticamente modificada (GM) BRSMG Curinga de arroz (Oryza sativa) de terras altas. Plantas GMs e não geneticamente modificadas (NGMs) da mesma cultivar foram comparadas nos dois seguintes tratamentos de água: irrigação (WW) e déficit hídrico (WD). O desempenho dos caracteres agronômicos das plantas GMs, incluindo a produção de grãos, foi superior ao das NGMs em ambos os tratamentos. Por reação em cadeia da polimerase quantitativa, plantas GMs apresentam expressão significativamente maior do gene rbcL, tanto sob WW como sob WD, além de maior quantidade de ácido abscísico. Com a análise de RNAseq, quase três vezes mais genes regulados positivamente são identificados nas plantas GMs no estágio 2 após restrição hídrica, o que indica maior proteção contra o déficit hídrico. O aumento da expressão de genes relacionados à proteção do metabolismo celular e uma série de alterações fisiológicas podem estar envolvidos no aumento da tolerância à seca em plantas de arroz GMs que superexpressam o gene rbcL.

Abstract The objective of this work was to evaluate the physiological, phenotypic, and gene expression parameters in genetically modified (GM) rice plants that overexpress the Oryza sativa Vacuolar H+-Pyrophosphatase 1 (OVP1) gene, compared with non-genetically modified (NGM) rice. GM and NGM plants of the BRSMG Curinga cultivar were evaluated in two experiments, in a laboratory and greenhouse, in a randomized complete block design, with four replicates. Agronomic traits of interest were estimated, and transcriptome analysis and gene expression quantification were carried out. GM plants showed a 31 and 21% higher number of spikelets per panicle and total number of grains per panicle, respectively, in comparison with NGM plants. Physiological changes occurred during the grain-filling stage, in which GM plants presented a photosynthetic rate and carboxylation efficiency 61 and 89% higher than those of NGM plants, respectively. The overexpression of the OVP1 gene favors the upregulation of some photosynthesis genes and the increase in the number of spikelets and in the photosynthetic rate, but does not favor the increase in grain yield.

Resumo O objetivo deste trabalho foi avaliar os parâmetros fisiológicos, fenotípicos e de expressão gênica em plantas de arroz geneticamente modificadas (GM) que superexpressam o gene Oryza sativa Vacuolar H+-Pyrophosphatase 1 (OVP1), em comparação ao arroz não geneticamente modificado (NGM). Plantas GM e NGM da cultivar BRSMG Curinga foram avaliadas em dois experimentos, em laboratório e casa de vegetação, no delineamento de blocos ao acaso, com quatro repetições. Foram estimados caracteres agronômicos de interesse, e realizadas análise de transcritoma e quantificação da expressão gênica. Plantas GM apresentaram número de espiguetas por panícula e número total de grãos por panícula 31 e 21% maiores, respectivamente, em comparação às plantas NGM. Ocorreram alterações fisiológicas durante a fase de enchimento de grãos, em que as plantas GM apresentaram taxa fotossintética e eficiência de carboxilação 61 e 89% mais altas do que as das plantas NGM, respectivamente. A superexpressão do gene OVP1 favorece a indução de alguns genes da fotossíntese e o aumento do número de espiguetas e da taxa fotossintética, mas não favorece o aumento da produtividade de grãos.