Influência de P. aryabhattai e salinidade no perfil metabolômico e no metabolismo antioxidante da cultura de soja

Abstract

A agricultura brasileira desempenha um papel fundamental na economia, com a soja representando 58% da área cultivada no país. Apesar dessa área expressiva, a produtividade média ainda enfrenta desafios, alcançando apenas 58 sacas por hectare. Dentre os desafios enfrentados pela cultura, está a salinidade, que pode ser ocasionada por condições ambientais adversas ou por aplicações específicas de insumos. Nesse contexto, o uso de microrganismos, como as bactérias promotoras de crescimento de plantas, surge como uma estratégia promissora para mitigar os efeitos negativos desse estresse e melhorar a produtividade. Este estudo analisou a metabolômica e o metabolismo antioxidante da soja em resposta a diferentes condições, incluindo o uso de atenuador biótico (MPCP) e estresse abiótico (salinidade), associados ou não. O experimento foi realizado entre fevereiro e março de 2024, em casa de vegetação em Patos de Minas, MG. Utilizou-se a variedade de soja Olimpo IPRO. Cada parcela experimental consistiu em um vaso de 8 dm3, sendo os tratamentos: T1) Controle, T2) Cloreto de potássio, T3) Priestia aryabhattai e T4) P. aryabhattai + Cloreto de potássio. O estresse salino foi induzido com 12 dias, com a aplicação do cloreto de potássio (KCl) em concentração no solo de 4 dS m-1. O delineamento utilizado foi de blocos casualizados, com dez repetições, totalizando 40 parcelas experimentais. Avaliou-se o metabolismo antioxidante através da atividade da peroxidase (POD), superóxido dismutase (SOD) e catalase (CAT); a produção de peróxido de hidrogênio (H2O2) e a peroxidação lipídica (PL); além do perfil metabolômico. Os dados foram tabulados e analisados estatisticamente. Para os dados de metabolismo antioxidante utilizou-se o Software Speed Stat® e teste de Tukey, e para o perfil metabolômico utilizou-se o software MetaboAnalyst 5.0® e teste-t, ambos a 5% de significância. Os resultados para o metabolismo antioxidante mostraram aumentos significativos na atividade da SOD e da POD para o T2, além de redução nos teores de H2O2 e PL para os tratamentos 2 e 4. Além disso, o T3, apresentou aumento na produção de H2O2 e PL. Já a análise metabolômica, notou-se aumento no ácido palmítico/esteárico no controle, quando comparado a aplicação apenas da bactéria. Ainda se observou outros compostos significativos, especialmente para o T4, com aumento na produção de ácido fumárico e ácido succínico, quanto ao controle. Esses resultados demostram que a salinidade pode causar o efeito primming, ativando enzimas antioxidantes e ativando rotas metabólicas de defesa. Além disso, a presença de microrganismos, como o P. aryabhattai, pode inibir a síntese de ácidos graxos e vias do metabolismo secundário. Assim, conclui-se que a aplicação de KCl pode provocar o efeito primming positivo nas plantas, promovendo alteração no metabolismo antioxidante e no perfil metabolômico. Além disso, nas condições do estudo, o uso de P. aryabhattai promoveu efeito negativo nas plantas, potencializando o estresse oxidativo. Palavras-chave: Bacillus; Cloreto de potássio; Estresse; Metabolômica.Brazilian agriculture plays a fundamental role in the economy, with soy representing 58% of the cultivated area in the country. Despite this significant area, average productivity still faces challenges, reaching only 58 bags per hectare. Among the challenges faced by the crop is salinity, which can be caused by adverse environmental conditions or specific applications of inputs. In this context, the use of microorganisms, such as plant growth-promoting bacteria, appears as a promising strategy to mitigate the negative effects of this stress and improve productivity. This study analyzed the metabolomics and antioxidant metabolism of soybeans in response to different conditions, including the use of biotic attenuator (MPCP) and abiotic stress (salinity), associated or not. The experiment was carried out between February and March 2024, in a greenhouse in Patos de Minas, MG. The Olimpo IPRO soybean variety was used. Each experimental plot consisted of an 8 dm3 pot, with the treatments being: T1) Control, T2) Potassium chloride, T3) Priestia aryabhattai and T4) P. aryabhattai + Potassium chloride. Salt stress was induced after 12 days, with the application of potassium chloride (KCl) at a concentration of 4 dS m-1 in the soil. The design used was a randomized block design, with ten replications, totaling 40 experimental plots. Antioxidant metabolism was evaluated through the activity of peroxidase (POD), superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT); the production of hydrogen peroxide (H2O2) and lipid peroxidation (PL); in addition to the metabolomic profile. The data were tabulated and statistically analyzed. For antioxidant metabolism data, the Speed Stat® Software and Tukey test were used, and for the metabolomic profile, the MetaboAnalyst 5.0® software and t- test were used, both at 5% significance. The results for antioxidant metabolism showed significant increases in the activity of SOD and POD for T2, in addition to a reduction in the levels of H2O2 and PL for treatments 2 and 4. Furthermore, T3 showed an increase in the production of H2O2 and PL. In the metabolomic analysis, an increase in palmitic/stearic acid was noted in the control, when compared to the application of just the bacteria. Other significant compounds were also observed, especially for T4, with an increase in the production of fumaric acid and succinic acid, as for the control. These results demonstrate that salinity can cause a priming effect, activating antioxidant enzymes and activating metabolic defense routes. Furthermore, the presence of microorganisms, such as P. aryabhattai, can inhibit the synthesis of fatty acids and secondary metabolism pathways. Thus, it is concluded that the application of KCl can cause a positive priming effect in plants, promoting changes in antioxidant metabolism and metabolomic profile. Furthermore, under the study conditions, the use of P. aryabhattai had a negative effect on plants, increasing oxidative stress. Keywords: Bacillus; Potassium chloride; Stress; Metabolomics