Characterization of rice genotypes under cold and deep sowing stresses

Cold stress adversely modifies their physiology, metabolism plant growth and development, as well as, it limits crop productivity. The responses of rice (Oryza sativa L.) subjected to low temperatures are still poorly understood. A better understanding of stress tolerance mechanism in rice plants will help to develop rice germplasm with improved field level tolerance under variable temperature and sowing depth conditions. To characterize rice genotypes with variation in sensitivity to cold, these are the following objectives: to evaluate the applicability of different Stress Indices using seedling lengthas parameter; classify accessions cultivated rice and red rice as Indica or Japonica; compare response to rice cultivars cold-tolerant and cold-sensitive to cold stress according to the dry matter accumulation and possible changes in chlorophyll content; categorize different genotypes with regard to sensitivity to cold and to sowing depth stresses and, analyze the expression of cold-responsive genes, and also genes submergence-responsive. The seeds after seven days at 25°C were exposed at 4°C for 24h and after that, photosynthesis was measured later, the plants were 72h at 25°C (recovery period) to assess the dry mass and chlorophyll. For the other experiments, the seedlings were collected 7 and/or 14 days maintained at 25°C or 18/13°C day/night and different sowing depths (1.5cm, 5cm, 10cm and 15cm), differential gene expression were performed with those seedlings using different genes induced by cold. To evaluated gene expression using different genes induced by cold and anoxia, samples were collected after exposure to 10 ° C for 6, 24 and 96 h at 1.5 cm and 10 cm deep sowing. The results showed that is possible to identify superior genotypes for tolerance to these abiotic stresses based on the Tolerance Index (STI) and Media Geometric (GM) to select genotypes tolerant to cold or sowing depth, using as a parameter the seedling shoot length measurement. Japonica and Indica subspecies respond differently to abiotic stresses, however for some of these stress-responsive genes, these subspecies responded similarly. Furthermore, the analysis at the molecular level of cold tolerance and sowing depth indicated the importance of ABA- dependent and ABA-independent signal transduction pathways in plants under abiotic stress.O estresse causado pelo frio interfere negativamente na fisiologia, metabolismo, crescimento e desenvolvimento das plantas e, portanto, limita a produtividade em lavouras de arroz. As respostas em nível de crescimento em arroz (Oryza sativa L.) submetido a baixas temperaturas ainda são pouco compreendidas. Um melhor entendimento do mecanismo de tolerância ao estresse em plantas de arroz pode ajudar na identificação, no germoplasma de arroz, de plantas com tolerância submetidas à temperatura variável, além de ser útil para outros estresses abióticos, como diferentes profundidades de semeadura. Para caracterizar genótipos de arroz, com variação na sensibilidade ao frio, tiveram-se como objetivos:avaliar a aplicabilidade de diferentes índices de estresse utilizando-se como parâmetro o comprimento de plântula; classificar acessos de arroz cultivado e vermelho como Japonica ou Indica; comparar a resposta ao frio de cultivares de arroz tolerante e sensível a esse estresse, com relação ao acúmulo de massa seca e possíveis alterações no teor de clorofila;categorizá-los com relação à sensibilidade ao frio e à profundidade de semeadura; e analisar a expressão de genes que respondem a frio, assim como genes responsivos a submersão, sob condições de frio e/ou tratamento constituídos por diferentes profundidades de semeadura. Para avaliar o acúmulo de massa seca e o teor de clorofila, as sementes, após sete dias a 25°C, foram expostas a 4°C durante 24 h e logo após, foi medida a fotossíntese e,posteriormente, as plantas ficaram 72 h a 25°C para sua recuperação. Já para os demais experimentos,as plântulas foram coletadas 7 e/ou 14 dias mantidas a 25°C ou 18/13°C dia/noite e diferentes profundidades de semeadura (1.5cm, 5cm, 10cm e 15cm); as avaliações da expressão gênica diferencial foram realizadas com essas amostras coletadas, para 4 diferentes genes induzidos pelo frio e também em amostras coletadas após exposição a 10°C durante 6, 24 e 96 h a 1.5 cm e 10 cm de profundidade de semeadura.Os resultados indicaram que é possível a identificação de genótipos superiores para a tolerância a esses estresses abióticos com base em seus índices de estresse, utilizando como parâmetro o comprimento da parte aérea, devido a habilidade das plantas tolerar estresses abióticos afetar a morfologia assim como a fisiologia da planta de arroz. Assim como é possível a utilização do Índice de Tolerância (STI) e da Média Geométrica (GM) para selecionar genótipos tolerantes ao frio ou profundidade de semeadura, baseado no comprimento de parte aérea de plântula. As subespécies Japonica e Indica respondem diferentemente aos estresses abióticos, no entanto, para alguns genes responsivos a esses estresses, essas subespécies apresentam o mesmo respondem semelhantemente. Além disso, as análises a nível molecular da tolerância ao frio e a profundidade de semeadura indicaram a importância das vias ABA-dependente e ABA-independente como vias de transdução do sinal em plantas sob estresse abiótico