Investigating the role of residual conductance and xylem vulnerability to embolism in drought resistance | Investigando o papel da condutância residual e da vulnerabilidade do xilema à embolia na resistência à seca

Drought is one of the most significant challenges facing plant production, and its impacts are expected to be intensified due to climate change. While much research has focused on woody plants, this thesis explores the mechanisms of drought tolerance and avoidance in herbaceous species, with particular emphasis on crops and wild Solanum species. Across several studies, it becomes clear that, unlike woody plants, stomatal safety margin (SSM) and xylem embolism resistance (P50) are not reliable indicators of drought survival for herbaceous species. Instead, traits related to drought avoidance—such as early stomatal closure, reduced nighttime transpiration, high water storage, capacitance (C), and minimum conductance (gmin)—emerge as key factors for enhancing survival under extreme drought conditions. In the case of Solanum species, S. pennellii demonstrated superior drought resistance, underscoring the importance of traits such as high C and gmin, which allow for better water retention and efficient use during stress. Despite varied geographical origins, a narrow range in P50 was observed across domesticated and wild species, suggesting that breeding for drought resistance in cultivated tomatoes should focus on traits beyond xylem vulnerability. Additionally, nighttime transpiration was identified as a significant factor in plant water use during prolonged drought. The regulation of nighttime water loss varied across plant groups, with ferns relying on passive stomatal closure, gymnosperms combining passive and ABA-mediated closure, and angiosperms using ABA-dependent mechanisms. These findings highlight the multifaceted nature of drought responses and suggest that integrating drought tolerance and avoidance strategies could significantly enhance crop resilience to water stress. This thesis provides valuable insights into the hydraulic and physiological traits that underpin drought survival in herbaceous plants, with important implications for crop improvement and resilience under future climate conditions. Keywords: abscisic acid; capacitance; drought avoidance; herbaceous plants; hydraulic traits; minimum conductance; nighttime transpiration; plant water use; tomato; xylem embolism resistance.

A seca é um dos maiores desafios enfrentados pela produção vegetal, e seus impactos devem se intensificar devido às mudanças climáticas. Embora grande parte das pesquisas tenha se concentrado em plantas lenhosas, esta tese explora os mecanismos de tolerância e evasão à seca em espécies herbáceas, com ênfase em culturas agrícolas e espécies silvestres do gênero Solanum. Ao longo de vários estudos, fica claro que, ao contrário das plantas lenhosas, a margem de segurança estomática (SSM) e a resistência ao embolismo do xilema (P50) não são indicadores confiáveis de sobrevivência à seca em espécies herbáceas. Em vez disso, características relacionadas à evasão da seca—como fechamento estomático precoce, redução da transpiração noturna, alta capacidade de armazenamento de água, capacitância (C) e condutância mínima (gmin)—emergem como fatores chave para aumentar a sobrevivência em condições de seca extrema. No caso das espécies de Solanum, S. pennellii demonstrou uma resistência superior à seca, destacando a importância de características como alta capacitância e gmin, que permitem melhor retenção de água e uso eficiente durante o estresse. Apesar das diferentes origens geográficas, observou-se uma faixa estreita de P50 entre as espécies, sugerindo que o melhoramento genético para resistência à seca em tomates cultivados deve se concentrar em características além da vulnerabilidade do xilema. Além disso, a transpiração noturna foi identificada como um fator significativo no uso de água pelas plantas durante longos períodos de seca. A regulação da perda de água noturna variou entre os grupos de plantas, com samambaias dependendo do fechamento estomático passivo, gimnospermas combinando o fechamento passivo e mediado por ABA, e angiospermas utilizando mecanismos dependentes de ABA. Esses resultados ressaltam a natureza multifacetada das respostas à seca e sugerem que a integração de estratégias de tolerância e evasão à seca poderia melhorar significativamente a resiliência das culturas ao estresse hídrico. Esta tese oferece insights valiosos sobre os traços hidráulicos e fisiológicos que fundamentam a sobrevivência à seca em plantas herbáceas, com importantes implicações para o melhoramento de culturas e a resiliência sob condições climáticas futuras. Palavras-chave: ácido abscísico; capacitância; plantas herbáceas; condutância mínima; resistência à seca; resistência ao embolismo do xilema; transpiração noturna; uso de água pelas plantas.

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