Plasticidade do sistema antioxidante e fotoproteção mediada por mutação high-pigment em Solanum lycopersicum

Abstract

A crescente escassez hídrica impõe desafios significativos à produtividade agrícola, demandando a elucidação de mecanismos fisiológicos, bioquímicos e metabólicos associados à tolerância à deficiência hídrica. Neste estudo, investigou- se a influência das mutações high-pigment (hp1 e hp2) sobre o desempenho de plantas de tomateiro (Solanum lycopersicum L. cv. Micro-Tom) sob condições de déficit hídrico. Foram avaliadas variáveis fisiológicas, bioquímicas e metabólicas, incluindo trocas gasosas, fluorescência da clorofila a, parâmetros antioxidantes, perfis de metabólitos primários e relações redox. As plantas hp1 e hp2 apresentaram maior estabilidade fisiológica frente ao estresse, evidenciada pela manutenção da atividade fotossintética, maior eficiência no uso da água, acúmulo de osmólitos e maior estabilidade do sistema antioxidante enzimático, com destaque para a superóxido dismutase. A análise do perfil metabólico indicou que os mutantes hp1 e hp2 apresentam uma configuração bioquímica basal semelhante àquela induzida pelo déficit hídrico no genótipo selvagem, sugerindo um possível "pré- condicionamento" metabólico conferido pela mutação. No entanto, a imposição do déficit hídrico levou à homogeneização das respostas entre os genótipos e não resultou em diferenças significativas no rendimento de frutos. Registre-se que, embora os mutantes tenham apresentado respostas fisiológicas e bioquímicas mais favoráveis sob déficit hídrico, esses benefícios não se traduziram em maior produtividade. Os resultados desse trabalho contribuem, portanto, para a compreensão dos mecanismos de tolerância ao déficit hídrico mediados por mutações que afetam a fotomorfogênese e apontam potenciais alvos para estratégias de melhoramento genético em contextos agrícolas com limitação hídrica. Palavras-chave: Solanum lycopersicum; equilíbrio redox; espécies reativas de oxigênio; sistemas antioxidantes; pré-condicionamento metabólico.The increasing scarcity of water presents major challenges to agricultural productivity, underscoring the need to better understand the physiological, biochemical, and metabolic mechanisms underlying drought tolerance. In this study, we investigated the effects of high-pigment mutations (hp1 and hp2) on the performance of tomato plants (Solanum lycopersicum L. cv. Micro-Tom) under water limitation conditions. Physiological, biochemical, and metabolic traits were evaluated, including gas exchange, chlorophyll a fluorescence, antioxidant activity, primary metabolite profiles, and redox balance. Both hp1 and hp2 mutants exhibited greater physiological stability under stress, maintaining photosynthetic activity, enhancing water use efficiency, accumulating osmolytes, and preserving the activity of enzymatic antioxidants, particularly superoxide dismutase. Metabolite profiling indicated that hp1 and hp2 mutants possess a basal biochemical state resembling the drought-induced profile of wild-type plants, suggesting a potential mutation-driven metabolic "preconditioning". Nonetheless, water deficit exposure led to convergent responses among genotypes and did significantly affect fruit yield. Although the mutants showed more favorable physiological and biochemical responses following water deficit, these advantages did not translate into increased productivity. Overall, these findings provide new insights into drought tolerance mechanisms associated with photomorphogenesis-related mutations and identify potential targets for crop improvement under water-limited agricultural systems. Keywords: Solanum lycopersicum; redox balance; reactive oxygen species; antioxidant systems; metabolic preconditioning