Identification of differentially expressed genes in susceptivel and resistant Eucalyptus grandis trees exposed to Puccinia psidii

A atividade florestal apresenta-se como um vetor de desenvolvimento social, ambiental e econômico no Brasil. Em 2004 as exportações ligadas ao setor renderam US$ 7 bilhões e contribuíram com US$ 5,5 bilhões em impostos. No mesmo ano, no Brasil, dos 6 milhões de hectares de reflorestamento comercial, mais de 50% dos hectares são ocupados por eucalipto. Esta cultura pode ser utilizada para diversas funções, desde à produção de papel e celulose, até a produção de carvão vegetal. Mas a produtividade desta cultura atualmente tem uma série de fatores limitantes. Destes fatores, um dos mais severos é uma doença denominada ferrugem, causada pelo fungo Puccinia psiddii Winter. Este patógeno entre tanto, não é conhecido nos centros de origem do gênero Eucalyptus, mas, utiliza como hospedeiros vários gêneros das Mirtáceas, infectando folhas, flores e frutos em desenvolvimento. O controle da doença é normalmente realizado mediante o uso de fungicidas. Porém, a utilização de plantas resistentes é o método mais aconselhável por diversos motivos, como o baixo custo, a praticidade e o menor impacto ambiental. Neste trabalho a metodologia do SAGE - Serial Analysis of Gene Expression foi utilizada, para a análise da expressão gênica uma vez que permite detectar e quantificar, de maneira global, a expressão de genes conhecidos e desconhecidos, envolvidos no processo de resistência à ferrugem. Neste trabalho analisou-se a expressão do conjunto de genes diferencialmente expressos e 200 genes sem diferenças no padrão de expressão, em Eucalyptus grandis infectado com Puccinia psidii. Utilizou-se para esta análise, indivíduos susceptíveis e resistentes à infecção por Puccinia psidii Winter. A população amostrada constituída por meios irmãos, apresentava segregação para o carácter de resistência à ferrugem. Os resultados produzidos permitiram identificar 421 genes com expressão diferencial (p ≤ 0,05) nos dois fenótipos. Vários destes genes estavam relacionados a diversos mecanismos de defesa da planta, tais como genes envolvidos na formação de barreiras físicas e na resposta hipersensível, resistência sistêmica adquirida, bem como genes relacionados à polarização celular e resposta ao estresse oxidativo. Os dados em conjunto, corroboram a idéia de que são vários os mecanismos que atuam simultaneamente produzindo o fenótipo resistente. Estes genes apresentam-se para serem utilizados futuramente como marcadores moleculares na seleção de indivíduos resistentes, em cruzamentos naturais ou dirigidos e como fonte de genes para experimentos de transformação em estudos mais profundos de fitopatogênese.In Brazil the forest activities represent a vector for social, ambiental and economic development. In 2004 the exportations produced US$ 7 billions and contributed with US$ 5,5 billion in taxes. In the same year, in Brasil, of 6 million hectares of commercial reforestation, around 50% is occupied by eucalyptus. This crop can be used as the raw material for several industrial processes, from cellulose and paper production to vegetable charcoal production. However, eucalyptus productivity has several limiting factors. One of the most severe diseases is called rust, caused by the fungus Puccinia psiddii Winter. This pathogen is unknown in the Eucalyptus center of origin; however, it has several Myrtaceae genera as its host, infecting leaves, flowers and developing fruits. Rust management normally involves the use of fungicides, but the use of resistant plants is a much better alternative due the lower costs and minimal ambient impact. In the current study SAGE - Serial Analysis of Gene Expression was used for gene expression analysis because it is a quantitative genome-wide method and that obtains expression profiles from known and unknown genes involved in the rust resistant process. This thesis analyzed the expression profile of the differentially expressed genes and 200 genes without significant statistical differences in their expression patterns, in Eucalyptus grandis infected with Puccinia psidii. For this analysis we used susceptible and resistant individuals to Puccinia psidii Winter infection taken from a population half siblings, which showed segregation for fust resistance. The results indicated 421 genes with differential expression (p ≤ 0.05), 239 were preferentially expressed in the susceptible library and 232 in the resistant. Several of these genes were associated with plant defense mechanisms, such as genes involved in formation of physical barriers, hypersensitive response, systemic adquired resistance, genes related to cellular polarization and oxidative stress responses. All the data support the idea that not one but several mechanisms are acting at the same time producing the resistant phenotype. These genes are future candidates for molecular markers useful in the selection of resistant individuals in breeding programs and a source of genes for transformation experiments or as molecular tools to dissect the phytopathogenic process