Papel do óxido nítrico na tolerância ao alumínio em dois genótipos de milho

Abstract

Os objetivos deste estudo foram avaliar os efeitos de níveis tóxicos de alumínio (Al) sobre o crescimento e a morfologia externa das raízes e avaliar a influência do óxido nítrico (NO) sobre a intensidade do estresse oxidativo induzido pelo Al, bem como sobre a atividade de enzimas e a concentração de metabólitos antioxidativos em dois genótipos de milho, com tolerância diferencial a este elemento. Os genótipos de milho UFVM 100 (sensível) e UFVM 200 (tolerante) foram submetidos aos tratamentos com 0, 25, 50, 100 e 200 μM de Al em solução de CaCl2 0,5 mM, pH 4,5, durante 12, 24, 36 e 48 horas ou submetidos aos tratamentos com 0 e 50 μM de Al e 0 e 25 μM de SNP em solução de CaCl2 0,5 mM, pH 4,5, durante 24 horas. Decorrido este tempo, foram determinados os teores de Al, alongamento radicular e a morfologia externa dos ápices radiculares. Adicionalmente, foram avaliados os efeitos dos inibidores da sintase do óxido nítrico (NOS) e da redutase do nitrato (RN) e do sequestrador de NO (PTIO) sobre a inibição do alongamento radicular, as atividades da NOS e RN e os teores de NO, em plantas tratadas com Al. Num terceiro experimento foram avaliados os efeitos do Al e do NO sobre os teores de intermediários reativos de oxigênio (ROIs), ascorbato (AA), desidroascorbato (DHA), malondialdeído (MDA) e sobre a atividade das enzimas dismutase do superóxido (SOD), peroxidase do ascorbato (APX), catalase (CAT), peroxidase (POX), peroxidase da glutationa (GPX), redutase da glutationa (GR), lipoxigenase (LOX), redutase do monodesidroascorbato (MDHAR) e redutase do desidroascorbato (DHAR). A análise química, o teste de hematoxilina e fotos obtidas por microscopia eletrônica de varredura com energia dispersiva de raios-X (EDS) mostraram maior acúmulo de Al nos ápices radiculares do genótipo UFVM 200. O Al, contudo, causou maior redução no alongamento radicular no genótipo UFVM 100 para todas as concentrações de Al e tempos de exposição estudados. Observou-se correlação entre o teor de Al nos ápices radiculares e o alongamento radicular nos dois genótipos. O acúmulo de Al nos ápices radiculares resultou em danos às células desta parte da planta, caracterizados por ruptura das células da epiderme e consequente alteração na morfologia externa das raízes nos dois genótipos de milho, principalmente no genótipo UFVM 100. A microanálise de varredura com raios-X (EDS) mostrou acúmulo de Al e de fósforo nos ápices radiculares indicando uma possível precipitação de Al na forma de fosfato. O genótipo UFVM 200, considerado mais tolerante ao Al, acumulou mais Al e P do que o genótipo UFVM 100, provavelmente no apoplasto radicular, indicativo de um possível envolvimento do fosfato inorgânico no mecanismo de tolerância ao Al em milho. A absorção e acúmulo de Al pelas raízes das plantas induziram a produção e acúmulo de ROIs estabelecendo um estresse oxidativo, caracterizado por aumento na peroxidação de lipídeos e na atividade da LOX. Paralelamente, observou-se aumento na atividade de algumas enzimas antioxidativas (SOD, CAT, POX, GR e GPX), indicativo de uma participação ativa destas enzimas no processo de eliminação do excesso de ROIs induzidos pela toxidez de Al. A aplicação exógena de NO (SNP) restabeleceu a homeostase celular deste radical nitrogenado atenuando o efeito inibitório do Al sobre o alongamento radicular. O efeito protetor da aplicação de SNP parece ser resultado de reação direta do NO com os ROIs e pela elevação da atividade de algumas enzimas antioxidativas, envolvidas não apenas na eliminação dos ROIs produzidos, mas também controlando os níveis celulares de importantes metabólitos antioxidativos do ciclo do ascorbato. O genótipo UFVM 200 exibiu melhores respostas bioquímicas ao estresse causado por Al, principalmente na presença de NO que, em conjunto, demostram ter ele maior tolerância ao Al do que o UFVM 100.The objectives of this study were to evaluate the effects of toxic levels of aluminum (Al) on the growth and external morphology of roots and to evaluate the influence of nitric oxide (NO) on the intensity of the oxidative stress induced by Al, as well as on the activity enzymes and the contents of metabolites of the antioxidative system in maize genotypes, with differential tolerance to this element. The UFVM 100 (sensitive) and UFVM 200 (tolerant) maize genotypes were treated with 0, 25, 50, 100 and 200 μM Al in 0.5 mM CaCl2 solution , pH 4.5, for 12, 24, 36 and 48 hours, or treated with 0 and 50 μM Al and 0 and 25 μM SNP in 0,5 mM CaCl2, pH 4.5 for 24 hours. Plants were then harvested and Al contents, root elongation and external morphology of root tips were determined. Additionally, the influence of the inhibitors of the nitric oxide synthase (NOS) and nitrate reductase (NR) and of the NO sequestering PTIO on the inhibition of root elongation and on the NO contentas well as the activity of NOS and RN in Al treated plants. In a third experiment, the effects of Al and NO on the contents of ROIs, ascorbate (AA), desidroascorbate (DHA), malondialdehyde (MDA) and on the activities of the enzymes superoxide dismutase (SOD), ascorbate peroxidase (APX), catalase (CAT), peroxidase (POX), glutathione peroxidase (GPX), glutathione reductase (GR), lipoxygenase (LOX), monodydroascorbate reductase (MDHAR) and dehydraoascorbate reductase (DHAR) were evaluated. Chemical analysis, hematoxylin s test and scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray (EDS) showed greater Al accumulation in the root tips the UFVM 200 genotype. Nevertheless, Al caused greater reduction in root elongation in the UFVM 100 genotype at all Al concentrations and exposure times studied. A negative correlation between the Al content in the root tips and root elongation was found for both genotypes. Al damage to root tips was visualized by disruption of epidermal cells and also by changes in the external morphology of roots. The scanning microanalysis X-ray (EDS) showed also Al and P accumulation in root tips indicative of a precipitation of Al as a phosphate salt. The UFVM 200 genotype, considered more tolerant to Al, showed higher accumulation of Al and P than UFVM 100 genotype, probably in the root apoplasto, indicative of a possible involvement of the inorganic phosphate in the mechanism of tolerance to Al in maize. Aluminum uptake and accumulation in roots tips induced the production and/or accumulation of ROIs establishing an oxidative stress, characterized by an increase in lipid peroxidation and in LOX activity. Parallel to this, there was an increase in the activity of some antioxidant enzymes (SOD, CAT, POX, GR and GPX) indicative of an active participation of these enzymes in the process of eliminating the excess of ROIs produced during Al stress. The exogenous application of NO (SNP) re-established the cellular homeostasis of NO attenuating the inhibitory effect of Al on root elongation. The protective effect of the application of SNP may be the result of a direct reaction of NO with ROIs as well as by increasing the activity of some antioxidative enzymes, involved not only in the eliminationf the produced ROIs, but also controlling the cell levels of essential antioxidative metabolites of the ascorbate cycle. The genotype UFVM 200 showed better biochemical responses to stress caused by Al, especially in the presence of NO which, taken together, demonstrate its higher tolerance to Al than UFVM 100.