Physiological and metabolic shifts associated with yield-related parameters in pepper (Capsicum chinense) swayed by nitrogen supply | Mudanças fisiológicas e metabólicas associadas a parâmetros relacionados à produtividade em pimenta (Capsicum chinense) influenciadas pelo suprimento de nitrogênio

Among the essential elements for plants, nitrogen (N) is highlighted due to the large amounts uptake and the close relationship between carbon (C) and N metabolism. Despite its importance, little is known about the role of the N supply on physiological and metabolic traits as well as its relation with the yield-related parameters in Capsicum. For this, in this work, the natural variation of fruit set, fruit size, and leaf morphology between two commercial cultivars of C. chinense, Biquinho and Habanero, was explored. First, plants of both cultivars were submitted to increasing doses of N. In this study (Chapter 1), both cultivars increased the biomass allocation to leaves in conditions of higher N supply. Plants growing under N-deficiency produced a lower number of flowers and heavier fruits. Contrarily, plants under high N condition tended to decrease their CO2 assimilation rates, harvest index and fruit weight. The continuous formation of new reproductive sinks was as an important factor to tolerate the N excess. The results suggest that N supply acts on the sucrose supply to different organs and can influence yield-related traits between Capsicum cultivars. Subsequently, the same cultivars were submitted to moderate N deficiency or N sufficiency combined with unshaded or shaded conditions to better understand the role of source strength on fruit set at the metabolic level (Chapter 2). The metabolic balance of different metabolites at source leaves and flowers during the flowering period was assessed. Higher fruit set was mainly related to the export of both sucrose and amino acids from source leaves to flowers. Additionally, starch turnover in source leaves but not in flowers played a central role on the sucrose supply to sink organs at night. As biometric parameters used to evaluate the relationship between the leaf area and mass such as the specific leaf area (SLA) are often related to growth, the behavior of SLA in relation to the N supply was assessed in the Chapter 3. Overall, we observed that both genotypes showed a decrease in SLA according to the increase of N supply. Our results suggest the common SLA behavior occur due to the role of N metabolism-related metabolites variation, in special amino acids, protein, and starch, influencing the leaf density. However, in the range of moderate N deficiency to N sufficiency, the genotypes showed a distinct response of SLA in relation to the N supply due to the genotypic alterations on palisade and spongy parenchyma. Taken as a whole, the results indicated important metabolic and physiological traits associated with growth- or yield-related parameters of Capsicum plants. However, further studies are necessary to identify genes related to the traits highlighted in the studies presented, using mapping techniques together with populations of landrace accessions, as reviewed in Chapter 4. Following the identification of the genes, important traits can be tested and used in breeding programs of Capsicum and other plant species.

Entre os elementos essenciais para as plantas, o nitrogênio (N) tem destaque devido à grande quantidade absorvida e à estreita relação entre o metabolismo do carbono (C) e N. Apesar da importância, pouco se conhece sobre o papel do suprimento de N sobre as características fisiológicas e metabólicas bem como sua relação com os parâmetros relacionados à produtividade de Capsicum. Para isso, neste trabalho, explorou-se a variação natural da frutificação efetiva, tamanho de frutos e morfologia foliar entre duas cultivares comerciais de C. chinense, Biquinho e Habanero. Primeiramente, plantas dos dois cultivares foram submetidas a doses crescentes de N. Nesse estudo (Capítulo 1), ambos cultivares aumentaram a alocação de biomassa para folhas em condições de maior oferta de N. Plantas crescendo sob deficiência de N produziram menor número de flores, porém frutos mais pesados. Por outro lado, plantas sob maiores doses de N tenderam a diminuir sua taxa de assimilação de CO 2, índice de colheita e peso dos frutos. A contínua formação de novos drenos reprodutivos mostrou-se como um importante fator na tolerância ao excesso de N. Os resultados sugerem que o suprimento de N atua na partição da sacarose para diferentes órgãos e pode influenciar as características relacionadas ao rendimento entre cultivares de Capsicum. Posteriormente, os dois cultivares foram submetidos a moderada deficiência de N ou suficiência de N combinado com condições não sombreadas ou sombreadas para melhor compreender o papel da força da fonte na frutificação efetiva à nível metabólico (Capítulo 2). Avaliou-se o balanço metabólico de diferentes metabólitos nas folhas fontes e flores durante o período de floração. A maior frutificação efetiva foi relacionada principalmente à exportação de sacarose e aminoácidos das folhas fonte para as flores. Além disso, o turnover de amido nas folhas fonte, mas não nas flores, teve um papel central no suprimento de sacarose para órgãos dreno à noite. Como parâmetros biométricos utilizados para avaliar a relação entre a área foliar e a massa, como área foliar específica (AFE), são frequentemente relacionados ao crescimento, avaliou-se a relação entre AFE e suprimento de N no Capítulo 3. No geral, observou-se que os dois cultivares utilizados apresentaram uma diminuição na AFE de acordo com o aumento da oferta de N. Os resultados sugerem que o comportamento comum da AFE ocorre devido à variação de metabólitos relacionados ao metabolismo do N, em especial o nível de aminoácidos, proteína e amido, influenciando a densidade foliar. No entanto, na faixa de deficiência moderada de N até a suficiência de N, os cultivares apresentaram uma resposta distinta da AFE em relação ao suprimento de N em função das alterações genotípicas no parênquima esponjoso e paliçádico. De modo geral, os resultados indicaram importantes traços metabólicos e fisiológicos associados com parâmetros relacionados à produtividade ou crescimento de plantas de Capsicum. Entretanto, novas pesquisas são necessárias para identificar os genes relacionados com os traços destacados nos estudos apresentados, fazendo uso de técnicas de mapeamento juntamente com populações naturais ou crioulas, como revisado no Capítulo 4. A partir da identificação dos genes, traços importantes poderão ser testados e utilizados em programas de melhoramento de Capsicum e outras espécies de plantas.

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