A concentração elevada de CO2 na atmosfera e os níveis de ferro no solo são fatores-chave que afetam o crescimento e a qualidade nutricional das plantas. Neste estudo, foram testadas as hipóteses de que 1) a plasticidade fenotípica em variedades de feijão e soja afeta a adaptação a condições de CO2 elevado; 2) existem mecanismos de resposta contrastantes em plantas crescidas, em ambiente controlado ou em ensaios de campo, a CO2 elevado; 3) a exposição e adaptação a concentração elevada de CO2 pode estar envolvida na alteração da expressão genética que origina mudanças nas vias metabólicas das plantas; e 4) a interação de CO2 elevado com a limitação de ferro deve ter um impacto significativo no crescimento, fisiologia e nas alterações moleculares das plantas. De modo a testar as hipóteses de estudo, vários genótipos de feijão e soja foram crescidos a CO2 elevado em ambiente controlado (800 ppm) e em ensaios de campo (600 ppm), para avaliar a produtividade e a resposta a nível fisiológico e nutricional. De seguida, no genótipo com maior suscetibilidade ao aumento da produção de sementes e menor redução nutricional a nível do grão, foi avaliado o efeito da concentração elevada de CO2 na alteração da expressão genética utilizando uma análise de transcritómica. Finalmente, foi avaliado o efeito da interação de CO2 elevado e da limitação de ferro na resposta das plantas a nível fisiológico e molecular. A seleção de variedades adaptadas a condições de CO2 elevado é uma decisão importante, com o intuito de melhorar a produtividade das culturas agrícolas nas concentrações futuras de CO2. Com o objetivo de estudar a variação intraespecífica em genótipos de feijão e soja, em parâmetros de produtividade e qualidade nutricional, avaliou-se o crescimento das plantas a CO2 elevado em ambiente controlado. A variação no rendimento de sementes foi de -11.0 a 32.7% em feijão e de -23.8 a 39.6% em soja. A concentração de proteína no grão de feijão aumentou significativamente e não foi afetada na soja. O CO2 elevado apresentou efeitos positivos e negativos na concentração dos minerais nas sementes. Um aumento da produção de sementes e uma redução da sensibilidade às perdas minerais podem ser parâmetros adequados na seleção de variedades futuras. De seguida, genótipos de soja cultivados anteriormente cresceram em experiências de campo no sistema de enriquecimento de CO2 ao ar livre (FACE) com o objetivo de avaliar a produtividade e o impacto nutricional no grão em condições naturais. O rendimento das sementes aumentou em média 47.0%. O CO2 elevado aumentou a taxa de assimilação fotossintética, área foliar, altura e a biomassa das plantas. Os níveis de cálcio, fósforo, potássio, magnésio, manganês, ferro, boro e zinco no grão diminuíram em condições de CO2 elevado. Os açúcares solúveis e amido aumentaram 9.1 e 16.0%, respetivamente, o ácido fítico aumentou 8.1%, e o teor de proteína no grão diminuiu 5.6% nos genótipos estudados. Além disso, a atividade antioxidante teve um decréscimo de 36.9%, e o conteúdo fenólico total não foi afetado pelas condições de CO2 elevado. O genótipo de soja Wisconsin Black foi selecionado como melhor candidato para avaliar o efeito da exposição a concentrações de CO2 elevado na análise do transcritoma e nas alterações fisiológicas. Este estudo avaliou a resposta coordenada em tecidos radiculares e foliares em condições de CO2 elevado. Várias centenas de genes foram expressos diferencialmente pela exposição ao CO2. Análise das vias metabólicas do KEGG mostraram o enriquecimento em genes presentes na fotossíntese, biossíntese de compostos secundários, metabolismo do azoto, metabolismo dos lípidos e genes relacionados com ritmo circadiano em folhas e raízes. Este estudo revelou potencial para identificar genes e vias metabólicas responsáveis pela adaptação da soja a CO2 elevado. Na última parte da tese, plantas de soja foram cultivadas em hidroponia para analisar o resultado da interação entre CO2 elevado e a limitação de ferro nas respostas morfológicas, fisiológicas e moleculares. A concentração de CO2 elevado aumentou o crescimento das plantas independentemente da concentração de ferro. No entanto, ocorreu a aclimatização da fotossíntese e um aumento na eficiência do uso da água devido à exposição ao CO2 elevado. As respostas induzidas pela limitação de ferro nas raízes, sob CO2 elevado, incluíram o aumento da atividade da redutase férrica e a expressão de genes responsáveis pela captação de ferro. A análise proteómica identificou 705 e 589 proteínas expressas diferencialmente em raízes e folhas, respetivamente, de acordo com as condições observadas. A análise de enriquecimento mostrou que as vias metabólicas relacionadas com a parede celular, metabolismo da glutationa, fotossíntese, proteínas relacionadas com stress e síntese de compostos secundários foram alteradas devido ao stress de ferro nos tecidos radiculares. O crescimento das plantas, com ou sem limitação de ferro, ocorreu a concentrações de CO2 elevado, assim como, um aumento da expressão de proteínas envolvidas na glicólise, metabolismo de amido e sacarose, síntese de giberelinas, e uma diminuição de proteínas envolvidas na biossíntese proteica. Os resultados revelaram que proteínas e vias metabólicas relacionadas com a limitação de ferro alteram os efeitos do CO2 elevado e afetam negativamente a produção de soja, e isso pode ter implicações importantes para a sua produção no futuro.