Mecanismos de tolerância e alterações metabólicas em plantas de linhaça dourada (Linum Usitatissimum L.) expostas e co-expostas a arsênio e selênio

Abstract

Esse trabalho teve como objetivo investigar as interações antagônicas e sinérgicas entre As e Se em plantas de linhaça dourada (Linum usitatissimum L.), buscando entender como o Se altera os mecanismos de tolerância e o metabolismo da planta na presença do As. A absorção, toxicidade, translocação e a distribuição de nutrientes essenciais (Fe, Mn e Zn) nas plantas foram avaliados em experimentos de exposição ao AsV , SeIV e SeVI e co-exposição ao AsV + SeIV. Para isso, as plantas foram cultivadas em solução de Hoagland 10% v v-1 suplementada com AsV , SeIV , SeVI ou AsV + SeIV em diferentes concentrações. As quantificações de As e Se foram realizadas por espectrometria de massas com plasma acoplado indutivamente (ICPMS). As alterações provocas pelo Se nos mecanismos de tolerância e no metabolismo da planta quando co-exposto ao As também foram investigadas utilizando duas técnicas de espectrometria de massas com ionização ambiente PSMS (paper spray mass spectrometry) e DESI-MSI (desorption electrospray ionization mass spectrometry imaging). A identificação de compostos tiólicos (fitoquelatinas e seus metabólitos) e de compostos inorgânicos e orgânicos de As e Se em extratos de raízes de plantas co-expostas foram feitas por PS-MS. Alterações metabólicas provocadas em folhas de plantas expostas a AsV , SeIV e co-expostas a AsV + SeIV foram verificadas por imagens químicas obtidas por DESI-MSI. Os experimentos de exposição e co-exposição demonstraram que o SeVI é a espécie mais tóxica e com maior translocação. O SeIV na concentração de 5 µmol L-1 foi capaz de reduzir o acúmulo de As e a co-exposição alterou a absorção de Fe, Mn e Zn. A identificação de fitoquelatinas (PCs), que são compostos tiólicos responsáveis por complexar metais e metaloides em plantas e diminuir sua toxicidade, foi realizada por PS-MS. Nos extratos de raízes de plantas co-expostas foram identificados glutationa (GSH), reduzido-PC2, reduzido-PC3, SeII -PC2 e AsIII -PC3. Compostos inorgânicos (AsV e AsIII) e orgânicos (ácido dimetilarsínico – DMA e ácido monometilarsônico - MMA) de As também foram identificados por PS-MS. Nas folhas foi possível verificar quatro perfis de alterações metabólicas que ocorreram em função das diferentes concentrações de exposição e co-exposição. O SeIV diminui a toxicidade do AsV apesar da absorção e translocação de As terem aumentado. Não foi possível associar a diminuição da toxicidade do AsV na presença de SeIV com a formação de PCs. As alterações metabólicas mais evidentes observadas nas folhas das plantas indicam a formação de metabólitos relacionados ao estresse abiótico. Palavras Chave: toxicidade, arsênio, selênio, fitoquelatinas, espectrometria de massas.The goal of this work was to investigate the antagonistic and synergistic interactions between As and Se in golden flaxseed plants (Linum usitatissimum L.) in order to understand how Se changes the tolerance mechanisms and metabolism in the presence of As. Absorption, toxicity, translocation and the distribution of essential nutrients (Fe, Mn and Zn) in plants were evaluated in the experiments exposure to As V , Se IV and Se VI and co-exposure to As V + Se IV . Seedlings were cultivated in a 10 % v v -1 Hoagland solution supplemented with As V , Se IV , Se VI or As V + Se IV at different concentrations. Elemental quantification was performed by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). The changes caused by Se in the tolerance mechanisms and metabolism when co-exposed to As were also investigated using two mass spectrometry with ambient ionization techniques mass spectrometry) and PS-MS (paper spray DESI-MSI (desorption electrospray ionization mass spectrometry imaging). The detection and identification of thiolic compounds (phytochelatins and their metabolites) and inorganic and organic compounds of As and Se in extracts from co-exposed root plant were made by PS-MS. Metabolic changes caused in plant leaves exposed to As V , Se IV and co-exposed to As V + Se IV were verified by chemical images obtained by DESI-MSI. Exposure and co-exposure experiments demonstrated that Se VI was the most toxic species with the highest translocation by the plant. Se IV at a concentration of 5 µmol L -1 was able to reduce the accumulation of As and the co-exposure altered the absorption of Fe, Mn and Zn. The detection and identification of phytochelatins (PCs), that are thiolic compounds responsible for complexing metals and metalloids in plants and reducing their toxicity was possible using PS-MS. Glutathione (GSH), reduced-PC 2 , reduced-PC 3 , Se II -PC 2 and As III -PC 3 were identified in the extracts of co-exposed plants. Inorganic compounds (As V and As III ) and organic compounds (dimethylarsinic acid - DMA and monomethyarsonic acid - MMA) from As were also identified by PS-MS. In the leaves it was possible to verify four profiles of metabolic changes that occurred after exposure and co-exposure at different concentrations of As and Se. Se IV decreases As V toxicity although As absorption and translocation have increased. It was not possible to associate the decrease in As V toxicity in the presence of Se IV with the PCs formation. The most evident metabolic changes observed in the leaves indicated the formation of metabolites related to abiotic stress. Keywords: toxicity, arsenic, selenium, phytochelatins, mass spectrometry.