Aspectos fisiológicos, fitoquímicos e proteômicos de Qualea grandiflora Mart. em resposta ao alumínio

Abstract

O aluminio (Al) é o metal mais abundante na crosta terrestre, afetando o crescimento e o desenvolvimento das plantas. Os efeitos desse metal sobre as espécies sensíveis e tolerantes ao Al têm sido estudados por décadas, contudo, os mecanismos bioquímicos e fisiológicos continuam obscuros. Muitas espécies do Cerrado, além de não sofrer com a presença de Al, são acumuladoras deste metal. O objetivo deste trabalho foi investigar e comparar respostas fisiológicas e moleculares de Qualea grandiflora na presença de Al bem como analisar a mobilização desse metal das raízes às folhas, de forma a entender os mecanismos de tolerância e acumulação de Al nessa espécie. Plântulas de Q. grandiflora foram cultivadas na presença e ausência de Al por 120 dias de forma que o Al foi fornecido sob forma de AlCl3 (150 μM). Foram avaliados parâmetros fisiológicos de comprimento, biomassa e teores de pigmentos fotossintetizantes de 40 indivíduos (20 de cada tratamento). Outros cinco indivíduos foram separados e avaliou-se a mobilização do Al em raízes, caules e folhas através de testes histoquímicos utilizando aluminon e hematoxilina. No total, 40 indivíduos foram separados para a extração proteica e comparação do perfil bidimensional nos dois tratamentos. Plantas cultivadas na presença de Al apresentaram maior taxa de crescimento radicular (23,9%) e da parte aérea (25,73%), bem como maior biomassa nessas regiões (37% para raiz e 40% para parte aérea) quando comparadas ao tratamento sem Al (controle). Além disso, as taxas de clorofila (a/b) e carotenos foram maiores no tratamento com Al (11,472, 5,551 e 5,002). Nos testes histoquímicos observou-se que Q. grandiflora mobiliza e acumula o Al em todos os órgãos independente do tratamento – raiz (córtex, endoderme, periciclo e floema), caule (córtex, endoderme, periciclo, floema e medula) e folha (epiderme, parênquima paliçádico e lacunoso e floema) -, porém, as reações foram mais intensas para plantas crescidas na presença de Al. Além disso, os resultados histoquímicos indicam uma possível imobilização do Al em cloroplastos. O perfil de proteínas corrobora com as análises fisiológicas e histoquímicas. Na presença de Al, observou-se nos mapas proteicos de folhas de Q. grandiflora alteraçãoes no padrão de expressão de cinco proteínas envolvidas no metabolismo energético, na fotossíntese, além de mecanismos de defesa antioxidante, notando uma possível modulação do Al nesses mecanismos. Os resultados do presente estudo revelaram que o Al tem um papel importante no metabolismo dessa espécie. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

The aluminum (Al) is the most abundant metal on the earth's crust, affecting the growth and development of plants. The effects of this metal on sensitive species as well as tolerance to Al have been studied for decades; however, the biochemical and physiological mechanisms remain unclear. Many Cerrado species, besides toleranting the presence of Al, accumulate this metal. The objective of this study was to investigate and compare physiological and molecular repsonses of Qualea grandiflora to Al and also analyze Al mobilization in order to better understand the mechanisms of tolerance and accumulation of this plant species. Seedlings of Q. grandiflora were grown with or without Al for 120 days and Al, which was provided in form of AlCl3 (150 mM). The following growth parameters were evaluated: shoot and root length, root and shoot biomass and photosynthetic pigments. Moreover, to detect Al in roots, stems and leaves, two histochemical tests were used: hematoxylin and aluminon. Additionally, protein was extracted from roots and leaves to analyse the protein profile of plants form both treatments (with or without Al) using two-dimensional gels. It has been noticed that plants grown in the presence of Al showed a higher rate of root growth (23.9%), shoot (25.73%) as well as higher biomass accumulation in these regions (37% to 40% for root and shoot) respectivelly in comparison with the treatment without Al (control). Moreover, the chlorophyll (a / b) rates and carotenes were higher in plants treated with Al (11.472, 5.551 and 5.002). The histochemical tests revealed that Q. grandiflora mobilized Al and also accumulated it in all organs regardless of the treatment - root (cortex, endodermis, pericycle and phloem), stem (cortex, endodermis, pericycle, phloem and marrow) and leaf (epidermis, palisade and spongy parenchyma and phloem) - However, the reactions were more intense in samples from Al grown plant. Furthermore, the histochemical tests results indicated a possible accumulation of Al in chloroplasts. The proteomic analyzes corroborate the physiological and immunohistochemical analyses. In the presence of Al, it has been observed that Q. grandiflora differentially expressed proteins involved in energy metabolism, photosynthesis, and antioxidant metabolism. The results of this study revealed that Al may play an important role in the metabolism of this Al accumulating species.