desenvolvimento de um sistema físico para submeter plantas de

DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA FÍSICO PARA SUBMETER
PLANTAS DE CANA-DE-ACUCAR EM SISTEMA DE MICROGRAVIDADE
UTILIZANDO O FOGUETE BRASILEIRO VSB30.
Silva, HC1; Barreto, K1; Lima, AK 1; Fonseca, AC1; Melo, ALJO1; Gualberto-Junior, J2; CorreaJunior, FA3; Lemes, G3; Medeiros, SRB1; Medeiros, R4; Scortecci, KC1
1
-Depto Biologia Celular e Genética – Centro de Biociências- Campus Universitário s/n- UFRN- NatalRN-59072-970 - Brazil; [email protected]
2
- Instituto Nacional Pesquisas Espaciais – INPE CNR - Rua Carlos Serrano, 2073 - Natal - RN, 59076740 - Brazil;
3
-Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE) - Praça Mal. Eduardo Gomes, 50 - São José dos Campos - SP
- Brazil,
4
- Depto de Física Teórica e Experimental – Centro de Ciências Exatas - Campus Universitário s/nUFRN- Natal-RN-59072-970, Brazil.
ABSTRACT
de
Studies at SSI station had showed that some
modificação
plant species had problems in development.
desenvolvidos na estação SSI tem mostrado que
Furthermore,
that
algumas espécies vegetais têm problemas no
and
desenvolvimento, na produção de pólen ou na
differentiation. However, until now, there is no
produção de sementes como observado em
coherent explanation for these observations. Our
milho e trigo [2, 3, 4]. Além disso, foi
group has been using sugarcane as a plant
observado em plântulas de Brassica rapa que
model, due to its genetic knowledge available
seu desenvolvimento era normal na SSI,
and
entretanto
others
microgravity
studies
affects
economical
indicate
cell-growth
importance
for
Brazil.
tecidos
pela
de
a
regulação
proteínas
morfologia
genica
[1].
dos
e
de
Trabalhos
cloroplastos
Considering these aspects, the aim of this work
apresentavam modificações nos tilacoídes [5].
is to identify molecular messengers produced in
Foi
response of real microgravity condition using
metabólicas em células do modelo vegetal
the VSB30, a Brazilian sounding rocket. The
Arabidopsis
results presented here correspond to the
microgravidade utilizando o voo de foguete de
development of a system for sugarcane to be
sondagem [6]. Outros experimentos utilizando
used in the VSB30 rocket.
ferramentas moleculares observaram que muitos
verificado
também
quando
modificações
submetidas
a
genes foram ativados quando em condições de
INTRODUÇÃO
hipercentrífuga (condições simuladas) [7, 8]. Os
Plantas são organismos sésseis e que evoluíram
experimentos foram realizados utilizando o
para crescer na presença da gravidade (1g).
modelo de células da planta de Arabidopsis
Nessas condições a parte aérea vegetal cresce
thaliana. Esses resultados sugerem que o sinal
para cima e o sistema radicular para dentro do
de gravidade deva ser percebido pela membrana
solo. Este estímulo fisiológico é conhecido
plasmática e traduzido por diferentes vias de
como graviotropismo: negativo para as raízes e
sinalização relacionadas à resposta de estresse
positivo para a parte aérea vegetal. Durante o
em plantas.
desenvolvimento
sido
A cana-de-acúcar (Saccharum spp.) é uma
observado que existe uma complexa rede de
variedade agronômica de grande importância
sinalização regulando a diferenciação celular e
para o Brasil, devido produção de etanol, a
das
plantas,
tem
partir da conversão do açúcar presente nos
RESULTADOS
colmos. O Brasil é responsável por 45% da
Desenvolvimento de um system para voo no
produção mundial, seguido pela Índia, China, e
foguete de sondagem VSB30.
Tailândia. O tamanho do genoma da cana-de-
O experimento com plantas de cana-de-açúcar
açúcar é estimado em aproximadamente 930
foi denominado de VGP (VSB30 Gravity Plant).
Mbp, que é comparável ao tamanho do genoma
Como nosso objetivo é de analisar ao nível
de Sorghum e quase duas vezes maior que o
molecular
genoma de arroz [9]. Embora as informações
importante desenvolver um sistema para acesso
sobre o genoma ainda não existem, seu
tardio de modo a não estressar as plantas (4 h
transcriptoma está bem representado com
antes do lançamento). Considerando isto, foi
diferentes
diferentes
desenvolvido no modulo do foguete duas
tecidos [10, 11]. Deste modo, o transcriptoma
janelas em direções opostas de modo que as
está baseado principalmente no banco de dados
duas
do projeto Sugarcane Expressed Sequence Tag
pudessem ser colocadas sem mexer na carga útil
(SUCEST-FAPESP)
contém
do foguete. Um outro aspecto importante a ser
aproximadamente 250k ESTs sequencias [11] e
considerado na recuperação da carga útil do
no
foguete foi que esta seria no mar. Assim, foram
bibliotecas
banco
de
utilizando
que
dados
do
DFCI
plantas
caixas
de
contendo
cana-de-açúcar,
experimento
foi
VGP
(http://compbio.dfci.harvard.edu/cgi-
desenvolvidas duas caixas herméticas em
bin/tgi/gimain.pl?gudb=s_officinarum) que no
alumínio anodizado (Fig. 1). O tamanho dessas
momento contém 282k ESTs representando 42k
caixas foi de 169 x 125 x 300 mm. Uma das
contigs (versão 3.0), que facilitam os estudos de
caixas foi denominada de caixa 00 que tinha 20
genética funcional.
plantas e a outra de caixa 01que tinha 14
Desde 2002, no grupo de pesquisa vem
plantas. Além disso, cada caixa continha um
trabalhando utilizando cana-de-açúcar como
sistema de dois data-loggers para o controle da
planta modelo em diferentes áreas com: em
temperatura e umidade que permitiram salvar as
reparo de DNA, e na compreensão da resposta a
temperaturas que as plantas foram submetidas
estresses
durante o voo (Fig. 2).
abióticos
(oxidativo
e
seca).
Considerando os aspectos apresentados acima, o
objetivo deste trabalho é de identificar às
mensagens
em
resposta
a
condição
de
microgravidade real, por meio da utilização de
um foguete de sondagem VSB30. Para isto,
utilizaremos diferentes ferramentas moleculares
como transcriptoma e proteomica. Os resultados
apresentados aqui correspondem à primeira
etapa deste trabalho para submetermos plantas
de
cana-de-açúcar
microgravidade real.
a
condições
de
Figure 1 – VGP box – uma foto mostrando a
caixa desenvolvida para voo
Como a recuperacao da carga util foi realizada
no
mar,
foi
possibilidade
importante
de
entrada
considerar
de
agua
a
no
experimento. Assim, para reduzirmos esse
problema, as duas caixas foram desenvolvidas
para serem hermeticas contendo dois sistemas
de o’ring. Depois que s caixas estavam prontas
estas foram testada e qualificadas para o voo no
Figure 2- Sistema de Data logger.
Cada caixa contém dois sistemas de data-logger
para medir a temperatura e umidade a cada 5
segundos. Estes sistema foi desenvolvido pela
empresa Novus (Brasil).
foguete de sondagem VSB30. Inicialmente o
sistema foi testado para temperatura, no intuito
de verificar se o sistema eletrônico presente, no
nosso caso, os data-loggers resistiram a altas
temperaturas. Outro teste realizado foi de
no
vibração. Para esta etapa de testes foi analizado
desenvolvimento do sistema das caixas foi a
tanto os dois sistemas de data-loggers como a
vibração que as plantas seriam submetidas
própria
durante
então
colocados num shacker que vibrou nos tres
desenvolvido um sistema de fixação para as
eixos (X, Y and Z). Todos os sistemas foram
plantas utilizando uma placa de alumínio e fitas
aprovados nos testes de vibração. O último teste
de plástico de modo a amarrar as plantas (Fig.
realizado foi o de vazamento utilizando o
3).
sistema de gás helium. Este foi um teste
Outro
ponto
o
que
voo
do
foi
considerado
VSB30.
Foi
caixa
importante
para
desenvolvida.
verificar
Estes
se
o
foram
sistema
desenvolvido estava hermetico de modo a evitar
a entrada de água quando caisse no mar. Como
a caixa possuia dois sistemas de o’rings, foi
observado que esse sistema funcionou muito
bem. O teste final realizado foi o EDA – um
teste dinamico consideranto toda a carga util.
Em todos os testes realizados foi verificado que
o sistema desenvolvido para o experimento
VGP se comportou conforme as expectativas,
estando deste modo validado para voo. A ultima
etapa foi a determinacao da idade das plantas a
serem utilizadas. Foram testadas plantas com
10, 15 e 20 dias. Essas plantas foram colocadas
dentro das caixas desenvolvidas, fixas e
colocadas no shacker para vibrarem nos três
Figure 3 – Fixacao das plantas para voo
Foto mostrando como as plantas foram fixadas
na placa de aluminio.
eixos simulando as condições reais do foguete
de sondagem VSB30.
Os resultados mostraram que plantas com 10-15
4.
dias resistiram melhor. As plantas com 20 dias
McDaniel J.K. & Vasilenko, A. (1997).
sentiram
Spaceflight reduces somatic embryogenesis in
mais a
vibração
a
que
foram
Conger, V.B., Tomaszewski, Jr. Z.,
submetidas. No dia 12 de Dezembro 2010 na
orchardgrass
base de Alcântara no CLA (Brazil), o foguete de
Environmet, 21:1197-1204.
sondagem foi lançado, teve um apogeu de
241.9km e as plantas foram submetidas a
condição real de microgravidade por 06 min.
Depois da recuperação da carga útil, as plantas
foram isoladas para as analises moleculares.
Assim,
os
resultados
apresentados
(Poaceae).
Plant,
Cell
&
5. Jiao, S., Hilaire, E., Paulsen, A.Q., Guikema,
J.A. (2004). Brassica rapa plants adapted to
microgravity with reduced photosystem I and
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122(2):281-290.
aqui
correspondem a primeira fase da preparação de
6. Hampp, R., Hoffmann, E., Schönherr, K.,
um sistema para submissão de plantas a
Johann, P. & De Filippis, L. (1997). Fusion
condição
and metabolism of plant cells as affected by
de
microgravidade
utilizando
o
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