A sinalização diferencial de auxina mediada por diageotropica e entire modula a tolerância ao alumínio em tomate (Solanum lycopersicum L.)

Abstract

Solos ácidos (pH ≤ 5,5), associados a limitações nutricionais e hídricas são as maiores restrições à produção agrícola. Em solos ácidos o alumínio (Al) destaca-se como um dos maiores problemas por se encontrar solubilizado em sua forma catiônica rizotóxica Al 3+ . Essa forma, tóxica para a maioria das plantas, leva à inibição do alongamento radicular e, consequentemente, reduz a absorção de água e nutrientes. A auxina é um hormônio vegetal de importância crucial para diferentes aspectos do crescimento vegetal, apresentando influência direta no crescimento radicular. Tem sido demonstrado também que a inibição do crescimento radicular modulada por Al parece interagir com as vias de sinalização de auxina. Nesse contexto, a modulação das vias de biossíntese e/ou sinalização de auxina apresenta-se como uma oportunidade para modular o desempenho vegetal em resposta ao Al 3+ . Assim, o papel da percepção/sinalização diferencial de auxina em respostas à toxicidade por Al foi investigado em tomateiro (Solanum lycopersicum cv. Micro-Tom). Para tanto, plantas com baixa percepção de auxina, diageotropica (dgt) e com sinalização aumentada de auxina, entire (AUX/IAA9), foram submetidas a diferentes doses de Al 3+ (25 e 100 μM) e sua resposta analisada em detalhes. Foi possível observar que a redução na percepção de auxina (dgt) levou a uma maior sensibilidade ao Al, ao passo que o aumento na sinalização (entire) promoveu uma maior tolerância ao Al 3+ . Tais respostas foram mediadas, em larga extensão, por mudanças no metabolismo central, observadas por alterações na capacidade de usar reservas (e.g. açúcares, proteínas e aminoácidos) que, em última instância, afetaram o crescimento radicular. Plantas entire (tolerantes ao Al 3+ ) foram caracterizados por pequenos distúrbios no metabolismo central (e.g. fotossíntese e respiração), ao passo que plantas selvagem (Micro-Tom) e dgt (genótipos sensíveis Al 3+ ) foram caracterizadas por impactos significativos no metabolismo primário e no ciclo celular após exposição ao Al. Os resultados aqui obtidos sugerem que a modulação das vias de sinalização de auxina pode, portanto, fornecer uma oportunidade para melhorar o desempenho de culturas de importância agrícola em resposta ao estresse por Al 3+ , e que as alterações fisiológicas e metabólicas observadas parecem estar relacionadas, em larga escala, com a disponibilidade de energia para o reparo do DNA e o ciclo celular. Palavras-chave: Hormônios vegetais. Crescimento radicular. Metabolismo central. Toxidez.

Acidic soils (pH ≤ 5,5) promote the release of aluminum (Al) cation, imposing serious constraints for root development in farmland soils around the world by impairing not only nutrient and water uptake but also compromising food safety in developing countries. Auxin, an important phytohormone for different aspects of plant growth, play a key role on the regulation of root growth. It has been also demonstrated that Al- inhibition of root growth interact with auxin signaling pathways. Thus, the modulation of the auxin signaling pathways provide an opportunity to modify plant performance in response to Al 3+ . Here, I investigated the role of differential auxin perception/signaling in response to Al in tomato plants (Solanum lycopersicum cv. Micro-Tom). To this end, plants with either increased (entire) or reduced (diageotropica - dgt) auxin signaling were submitted to different doses of Al 3+ (25 and 100 μM) in an attempt to investigate the connections between auxin signaling and Al responses. It was observed that the reduced auxin perception (dgt) led to a higher Al sensitivity, whereas the increased signaling (entire) culminated with higher Al tolerance. Such responses were largely mediated by changes in central metabolism as revealed by the alterations in the ability to mobilize reserves (e.g. sugars, proteins, and amino acids) that, ultimately, negatively impacted root growth. Entire mutant plants (Al tolerant) were characterized by minor disturbances in central metabolism (e.g. photosynthesis and respiration), whereas wild type plants (Micro-Tom) and dgt (Al sensitive genotypes) were characterized by significant impacts in both central metabolism and cell cycle following Al stress. The results obtained suggest that the modulation of auxin signaling pathways may provide an opportunity to improve crop performance in response to Al stress. Furthermore, both physiological and metabolic changes observed following Al stress are seemingly related to the energy availability for DNA repair and cell cycle. Keywords: Plant hormones. Root growth. Central metabolism. Toxicity.