A influência de regiões de contato entre membranas em Arabidopsis thaliana e da variabilidade genética em Pfaffia glomerata na resistência ao alumínio

Abstract

A toxidez do alumínio (Al 3+ ) é um dos maiores fatores limitantes da produtividade agrícola em solos ácidos, por isso, pesquisas sobre resistência ao metal em plantas têm sido de grande interesse. Para este trabalho, objetivou-se elucidar indutores do remodelamento de Regiões de Contato entre Membrana Plasmática e Retículo Endoplasmático (EPCS) em Arabidopsis thaliana, avaliando a importância destas regiões na resistência a íons trivalentes; e investigar as respostas de acessos (Ac22 e Ac43) e citótipos (diploide A22 e autopoliploide P28) de Pfaffia glomerata ao estresse por Al 3+ . Plântulas de A. thaliana foram submetidas ao alumínio (Al 3+ , 0 e 1000 M), lantânio (La 3+ , 0 e 500 M) ou gadolínio (Gd 3+ , 0 e 500 M), os quais induziram alteração no padrão de organização da proteína SYT1 (responsável por estabilizar as EPCS), modificando-o de reticulado para expressivamente pontoado. Entretanto, esta modificação não consistiu em um mecanismo de resistência, já que o crescimento de raiz do mutante syt1 foi igual ao do genótipo selvagem Col-0. Enquanto o tratamento com Al 3+ levou ao acúmulo do fosfoinositol PI(4)P e do PI(4,5)P 2 na membrana plasmática, La 3+ e Gd 3+ induziram o aumento de PI(4)P. Sugere-se que PI(4)P seja o responsável pela indução do padrão pontoado das EPCS em resposta ao Al, La e Gd. No segundo ensaio, P. glomerata foi submetida a 0, 100 e 500 M Al. Ac22 e Ac43 apresentaram redução gradual no valor de massa seca e o acúmulo de Al nas raízes foi expressivamente maior que nas folhas. Para ambos, o reagente Chrome Azurol S detectou Al nos vacúolos e núcleos na folha e na periferia das raízes, principalmente no ápice radicular, onde a descamação de células da coifa foi mais intensa. A baixa translocação de Al para a parte aérea e o armazenamento do metal em vacúolos garantiram a integridade dos tecidos foliares e a descamação de células da coifa apresentou-se como efeito da toxidez do Al, mas também como mecanismo de resistência. A variação na intensidade das respostas endossa a influência da variabilidade genética e sugerem o acesso 22 como o mais resistente. No terceiro ensaio, A22 e P28 de P. glomerata foram submetidos a 0 e 500 M Al. Ambos os citótipos apresentaram redução significativa no comprimento de raiz, mas apenas a matéria seca foliar de A22 reduziu significativamente. A presença de Al na periferia das raízes e a descamação da coifa em P28 não foi tão marcante quanto em A22. Nas folhas, o Al foi detectado no vacúolo em A22, e o resultado foi negativo em P28. Os valores de Fv/Fm, NPQ e ETR evidenciaram que não há limitação fotoquímica nos citótipos, mas houve redução significativa na taxa fotossintética de A22. A atividade de CAT, APX e SOD foi significativamente maior nas raízes do poliploide P28 em resposta ao estresse por Al. A poliploidia induzida de P. glomerata mostrou-se eficiente na criação de um genótipo mais resistente ao estresse por Al que o seu antecessor diploide A22. Palavras-chave: Sinaptotagmina. Chrome Azurol S. Poliploidia. Cultivo in vitro. Metabolismo.

The toxicity of aluminum (Al 3+ ) is one of the biggest limiting factors of agricultural productivity in acidic soils, therefore, research on metal resistance in plants has been of great interest. For this work, the objective was to elucidate the remodeling inducers of Plasma Membrane and Endoplasmic Reticulum Contact Sites (EPCS) in Arabidopsis thaliana, evaluating the importance of these regions in the resistance to trivalent ions; and to investigate the responses of accessions (Ac22 and Ac43) and cytotypes (diploid A22 and autopolyploid P28) of Pfaffia glomerata to Al 3+ stress. A. thaliana seedlings were subjected to aluminum (Al 3+ , 0 and 1000 M), lanthanum (La 3+ , 0 and 500 M) or gadolinium (Gd 3+ , 0 and 500 M). The analysis of the expression of the SYT1 protein (responsible for stabilizing the EPCS) shows a change in the pattern of organization after the treatments, changing it from reticulated to expressively punctate. However, this modification was not a resistance mechanism, since the root growth of the syt1 mutant was the same as that of the wild type Col-0 genotype. While treatment with Al 3+ led to the accumulation of phosphoinositol PI(4)P and PI(4,5)P 2 in the plasma membrane, La 3+ and Gd 3+ induced an increase in PI(4)P. It is suggested that PI(4)P is responsible for inducing the punctate pattern of the EPCS in response to Al, La and Gd. In the second assay, P. glomerata was subjected to 0, 100 and 500 M Al. Ac22 and Ac43 showed a gradual reduction in the dry mass value and the accumulation of Al in the roots was significantly higher than in the leaves. For both, the Chrome Azurol S reagent detected Al in the vacuoles and nuclei in the leaf and in the periphery of the roots, mainly in the root apex, where the desquamation of cap cells was more intense. The low translocation of Al to the shoot and the storage of the metal in vacuoles ensured the integrity of the leaf tissues and the desquamation of the cap cells was an effect of Al toxicity, but also as a resistance mechanism. The variation in the intensity of responses endorses the influence of genetic variability and suggests Ac22 as the most resistant. In the third assay, A22 and P28 of P. glomerata were subjected to 0 and 500 M Al. Both cytotypes showed a significant reduction in root length, but only A22 leaf dry matter significantly reduced. The presence of Al on the periphery of the roots and the desquamation of the cap in P28 was not as marked as in A22. In leaves, Al was detected in the vacuole at A22, and the result was negative at P28. The values of Fv/Fm, NPQ and ETR showed that there is no photochemical limitation in the cytotypes, but there was a significant reduction in the photosynthetic rate of A22. CAT, APX and SOD activity was significantly higher in P28 polyploid roots in response to Al stress. The induced polyploidy of P. glomerata proved to be efficient in creating a genotype more resistant to Al stress than its diploid predecessor A22. Keywords: Synaptotagmin. Chrome Azulol S. Polyploidy. In vitro culture. Metabolism.