Possível papel do silício, mediado pelo etileno, na formação do aerênquima em raízes de arroz

Abstract

O arroz é a base alimentar de quase metade da população mundial. O arroz acumula silício e possui transportadores específicos para absorção desse elemento. O silício afeta a anatomia das raízes de arroz, aumentando a lignificação da endoderme e exoderme e afeta o metabolismo do arroz, contribuindo para que a planta produza mais etileno em suas raízes. Contudo, praticamente nada se sabe sobre como o silício afeta o metabolismo e o desenvolvimento das plantas, sob condições não estressantes. Sabe-se que o etileno constitui um dos sinais responsáveis pela morte celular programada, processo pelo qual aerênquimas são formados. Dessa forma, o objetivo do presente trabalho foi testar a hipótese de que o silício aumenta a porosidade da raiz, via maior desenvolvimento das lacunas do aerênquima radicular, o que estaria associado ao incremento da produção de etileno nesse órgão A fim de testar esta hipótese, foram realizadas análises anatômicas, de abundância de transcritos, níveis de alguns fitohormônios e quantificação de perfil metabólico de raízes de plantas de arroz tratadas ou não com silício. O silício foi associado a um aumento significativo da porosidade da raiz, estimada pelo aumento do teor de lacunas do aerênquima, maior produção de etileno e maiores níveis de transcritos relacionados ao metabolismo de etileno, biossíntese de paredes celulares, glicólise, entre outros, nos tecidos radiculares. Além disso, plantas suplementadas com silício tiveram, aparentemente, maior giro do ciclo dos ácidos tricarboxílicos e da via da fermentação (produção de lactato), provavelmente para satisfazer a demanda de processos energeticamente custosos, como a morte celular programada nessas raízes. Também foram observadas mudanças importantes nos níveis de aminoácidos. Os resultados sugerem que o silício altera a fisiologia do arroz aumentando a porosidade da raiz por intermédio do fitohormônio etileno.

Rice is the food basis of almost half the world's population. The rice plant accumulates silicon and has specific transporters to absorb this element. Silicon affects the anatomy of rice roots, increasing the lignification of both the endodermis and exodermis, and affects rice metabolism, contributing to increase ethylene production on plant roots. However, practically nothing is known about how silicon affects plant metabolism and development under non-stressful conditions. Ethylene is known to be one of the signals responsible for programmed cell death, a process by which aerenchyma is formed. Thus, the objective of the present work was to test the hypothesis that silicon increases root porosity due to the greater development of root aerenchymal spaces, which would be associated with an increase of ethylene production in this organ. To test this hypothesis, anatomical traits, abundance of transcripts, levels of some phytohormones and metabolic profile were assessed on roots of rice plants treated or not with silicon. Silicon application led to significant increases in root porosity, higher ethylene production and higher levels of transcripts related to ethylene metabolism, cell wall biosynthesis and glycolysis, among others, in root tissues. In addition, silicon- supplemented plants apparently had a greater turnover of the tricarboxylic acid cycle and fermentation pathway (lactate production), probably as a mean to satisfy the demand for costly energetic processes such as programmed cell death. Important changes in amino acid levels were also observed. The results suggest that silicon changes the physiology of rice by increasing the porosity of the root tissues through ethylene.