Hysiological and biochemical responses of cowpea [Vigna unguiculata (l.) walp.] under water stress, infected with cowpea severe mosaic virus, and under pressure of combined stresses

SILVA, Rodolpho Glauber Guedes. Respostas fisiológicas e bioquímicas do feijão-de-corda [Vigna unguiculata (L.) Walp.] submetido ao estresse hídrico, infectado com o vírus do mosaico severo do caupi, e sob pressão dos dois estresses combinados. 2016. 137 f. Tese (Doutorado em bioquímica)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2016.Cowpea (Vigna unguiculata) is a legume (Fabaceae) with high nutritional value grown in Brazil. However, biotic and abiotic factors are responsible for causing significant losses to the growth and yield of leguminous plants. Cowpea mosaic severe virus (CPSMV) is one of the more severe problems affecting cowpea production in Brazil. Also, cowpea are mainly grown in regions where rainfall is low, thus water deficit is quite common. This stress promotes substantial negative impact on growth and development of plants, resulting in decreased of biomass production. Under field conditions, the stresses mentioned above can occur both individually and simultaneously. Therefore, this work aimed to study the responses of cowpea (CE-31 genotype, syn. Pitiuba) subjected to water deficit, infected with CPSMV and under pressure of the two combined stresses. Under these conditions, enzyme kinetics of antioxidant protein (superoxide dismutase, catalase and ascorbate peroxidase) and PR-proteins (glucanase, chitinase and guaiacol peroxidase) as well as hydrogen peroxide dosage and quantification of CPSMV in cowpea leaves were performed. In addition, differentially accumulated proteins from cowpea leaves subjected to these stresses were identified and quantified by LC-MS/MS. Viral infection did not affect the majority of physiological parameters. Already water deficit contributed to the decrease in net photosynthesis, transpiration and stomatal conductance. At 6 days after CPSMV inoculation, the virus did not worsen the negative effects of drought. The results revealed that the enzyme kinetics of the responses was changed across different ways when the stress imposed individually or simultaneously and the presence of water deficit favored viral infection after 2 days of CPSMV inoculation. The proteomic analysis revealed 117 differentially accumulated proteins belonging to different categories according to the physiological functions: energy and metabolism, photosynthesis, protein metabolism, redox homeostasis, regulation factors and RNA processing, response to stress, plant defense and others. These results are important for understanding the cellular mechanisms that operate in cowpea (CE-31 genotype), when subjected to water deficit, CPSMV infection and both combined stresses.O feijão-de-corda (Vigna unguiculata) é uma das principais leguminosas cultivadas no Brasil. Entretanto, devido à presença de fatores bióticos e abióticos são geradas perdas significativas na produtividade desta cultura. O Vírus do Mosaico Severo do Caupi (CPSMV) tem atacado com grande frequência os cultivos brasileiros. Além disso, devido o feijão-de-corda ser cultivado em regiões onde os índices pluviométricos são baixos, a deficiência hídrica é bastante comum. Esse estresse promove impacto negativo substancial no crescimento e desenvolvimento das plantas, resultando em diminuição na produção de biomassa. Em condições de campo, os estresses mencionados acima podem ocorrer tanto individualmente quanto simultaneamente. Portanto, o presente estudo teve como objetivo estudar as respostas do feijão-de-corda (genótipo CE-31, sin. Pitiúba) submetido ao estresse hídrico, infectado com o CPSMV e sob pressão dos dois estresses combinados. Sob essas condições, a cinética enzimática de proteínas antioxidantes (superóxido dismutase, catalase e ascorbato peroxidase) e PR-proteínas (glucanase, quitinase e guaiacol peroxidase), bem como a dosagem de peróxido de hidrogênio e quantificação do CPSMV em folhas de feijão-de-corda foram realizadas. Além disso, proteínas diferencialmente acumuladas em folhas de feijão-de-corda submetidas à esses estresses foram quantificadas e identificadas por LC-MS/MS e bancos de dados disponíveis. A infecção viral não alterou a maioria dos parâmetros fisiológicos. Já a deficiência hídrica contribuiu para a diminuição da fotossíntese líquida, transpiração e condutância estomática. Até 6 dias após inoculação do CPSMV, o vírus não agravou os efeitos negativos da seca. Os resultados da cinética enzimática revelaram que as respostas são alteradas de formas diferentes frente aos estresses quando impostos individualmente ou simultaneamente e que a presença do estresse hídrico favoreceu a infecção viral após 2 dias de inoculação. A análise proteômica revelou 117 proteínas diferencialmente acumuladas pertencentes a diferentes categorias de acordo com as funções fisiológicas: energia e metabolismo, fotossíntese, metabolismo de proteínas, homeostase redox, fatores de regulação e processamento de RNA, resposta ao estresse, defesa de plantas e outras. Estes resultados são importantes para a compreensão dos mecanismos celulares que atuam no feijão-de-corda, genótipo CE-31, quando submetido ao estresse hídrico, à infecção pelo CPSMV e a ambos os estresses de forma combinada