Identification of hyperaccumulator species and prospecting plant genes related to cadmium tolerance

Nas últimas décadas, com aumento da industrialização e o uso mais intenso de práticas agrícolas, está havendo a liberação de altas quantidades de elementos potencialmente tóxicos na biosfera, como o metal pesado cádmio (Cd), que é muito tóxico à maioria dos organismos. Uma alternativa para solucionar este problema é o uso da fitoextração, que se baseia no cultivo de plantas para recuperar áreas degradadas. Porém, atualmente, poucas espécies de plantas foram descritas como hiperacumuladoras de Cd e há pouca informação sobre os mecanismos envolvidos na tolerância das plantas dessas espécies a altos teores deste metal em seus tecidos. Assim, o objetivo deste trabalho foi identificar e caracterizar novas espécies da família Solanaceae hiperacumuladoras de cádmio e os respectivos genes relacionados à sua absorção, translocação e acúmulo em plantas. Utilizaram-se três estratégias de análise. Inicialmente foram identificadas novas espécies hiperacumuladoras de Cd. Após, realizou-se um estudo na espécie modelo Arabidopsis thaliana para identificar genes relacionados a absorção, translocação e acúmulo de Cd nas plantas e, finalmente, buscou-se a aplicação dos conhecimentos obtidos em A.thaliana em duas espécies identificadas neste trabalho como hiperacumuladoras de Cd. Foram identificadas e caracterizadas duas espécies hiperacumuladoras de plantas, Solanum americanum e Solanum lycopersicum (tomate), cultivares Micro-Tom e Gaúcho. Os resultados obtidos evidenciaram que os genes HMA2 e HMA3 de A. thaliana estão relacionados ao processo de acúmulo de Cd na parte aérea da planta. Nesse estudo, foram identificados genes ortólogos aos genes HMA2 e HMA3 de A. thaliana em tomate, cv. Micro-Tom. A análise dos genes HMA2 e HMA3 indica alteração de suas expressões quando as plantas são expostas a Cd, sugerindo a participação desses genes em algum mecanismo de tolerância do tomate a esse metal pesado. Estudos de análise funcional dos genes identificados (HMA2 e HMA3) em tomate, cv. Micro- Tom, será importante para comprovar a importância desses dois genes nos processos de detoxificação e acúmulo de Cd nos tecidos das plantas.In recent decades, with increasing industrialization and more intensive management of agricultural practices, the release of large quantities of potentially toxic elements in the biosphere has also increased, such as the heavy metal cadmium (Cd), which is extremely toxic element to most organisms. An alternative to solve this problem is phytoextraction, which is based on the use of plants to recover degraded areas. But so far, few plant species have been described as a Cd hyperaccumulator and there is little information about the mechanisms that allow these plants to tolerate high levels of this methal in their tissues. The aim of this study was to identify and characterize new species of Solanaceae Cd hyperaccumulators species and the genes related with Cd absorption, translocation and accumulation in these plants. Three strategies were used. First, Cd hyperaccumulators species were identified. Then, a study in the model specie Arabidopsis thaliana was performed to indentify genes related to Cd absorption, translocation and accumulation and, finally, we tried to apply the knowledge obtained in A. thaliana to two species described here as Cd hyperaccumulators. Two new Cd hyperaccumulator plant species were identified and characterized, Solanum americanum and Solanum lycopersicum (tomato), cultivar Micro-Tom and Gaucho. In this study, the A. thaliana genes HMA2 and HMA3 were related to the process of shoot Cd accumulation. From this result, we identified orthologous genes in tomato cv. Micro-Tom to the A. thaliana genes HMA2 and HMA3. The analysis of these genes indicates change in their expressions patterns when plants are exposed to cadmium, suggesting their participation in some mechanism of tolerance of this species to heavy metal. Functional analysis studies of identified genes (HMA2 and HMA3) in tomato cv. Micro-Tom will be important to demonstrate the importance of these two genes in the process of detoxification and accumulation of Cd in tissues