Alessandra Harumi Urakawa
Em 29 de maio de 2020 a aluna Alessandra Harumi Urakawa, do programa de Pós-Graduação em Biodiversidade Vegetal e Meio Ambiente do Instituto de Botânica (IBt), bolsista CAPES (Proc: 88882.444242/2019-01), defendeu a dissertação de mestrado intitulada: “Envolvimento do óxido nítrico nas alterações de arquitetura radicular de Arabidopsis thaliana em resposta a diferentes fontes nitrogenadas”.
A banca examinadora foi presidida pela orientadora, Dra. Marília Gaspar (IBt), e contou com a participação do Dr. Halley Caixeta de Oliveira (Universidade Estadual de Londrina) e do Dr. Luciano Freschi (Universidade de São Paulo). A defesa foi realizada no formato remoto/virtual, por meio da Plataforma Teams.
Envolvimento do óxido nítrico nas alterações de arquitetura radicular de Arabidopsis thaliana em resposta a diferentes fontes nitrogenadas
ABSTRACT
Nitrogen (N) is available for plants mainly as nitrate (NO3⁻) and ammonium (NH4+). Due to the variation in N availability, plants are able to modulate their metabolism and root morphology, aiming to maximize nutrient uptake. Nitrite reductase (NR) reduces NO3⁻ to nitrite (NO2⁻) and participates in the synthesis of nitric oxide (NO) by the reduction of NO2⁻. NO is involved in various developmental processes, including modifications in root architecture. This work aimed to elucidate the interaction between NO signaling and N metabolism in root morphological modifications. Seedlings of wild-type Arabidopsis thaliana and mutants with low and high endogenous NO content (gsnor+ and gsnor⁻, respectively) were grown in vitro in NO3⁻, NH4+, NH4+ with the addition of a NO donor, S-nitrosoglutathione (GSNO) or reduced glutathione (GSH). Root morphological analysis were conducted and the S-nitrosothiols (SNOs), NO3⁻ and nitrite (NO2⁻) contents were measured. The activity of S-nitrosoglutathione reductase (GSNOr), the expression of genes from N and NO metabolism and metabolic profiles were also analyzed. Our results showed that NH4+ inhibited root growth and stimulated root branching, the opposite effect was observed with NO3⁻. The development of both mutants was similar to the wild-type, suggesting that the endogenous NO content, under the cultivation conditions employed, does not influence root architecture modifications. GSNO addition to NH4+ increased endogenous NO content and partially recovered root phenotype, suggesting that the observed effects are partially related to the NO produced from NO3⁻. However, GSNOR1, NIA2 and NRT2.1 gene expression profile was not reversed by GSNO. Treatments with different nitrogen sources induces different metabolic and gene expression profiles. Metabolic profile of GSNO treated plantst showed an increase in sugar, fatty acids, amino acids and organic acids. Possibly, these metabolic adjustments under NO treatment mitigated NH4+-induced stress, improving root development and partially recovering root phenotype. The non-reversion of gene expression and metabolic profile indicate that NO regulates other pathways that lead to phenotypic root recovery, which need to be investigated, such as hormonal pathways, antioxidant metabolism and the expression of other candidate genes.
Key words: ammonium; root architecture; nitrate; GSNO reductase; nitric oxide
RESUMO
O nitrogênio (N) se encontra disponível para as plantas principalmente nas formas de nitrato (NO3⁻) e amônio (NH4+). Em função da variação na disponibilidade de N, as plantas são capazes de modular seu metabolismo e a morfologia radicular, visando maximizar a captação de nutrientes. A enzima nitrito redutase (NR) reduz o NO3⁻ a nitrito (NO2⁻) e participa na produção do óxido nítrico (NO) a partir da redução do NO2⁻.O NO participa de inúmeros processos de desenvolvimento em plantas, incluindo alterações de arquitetura radicular. O objetivo deste trabalho foi o de elucidar a interação entre sinalização de NO e metabolismo de N nas alterações radiculares. Plântulas de Arabidopsis thaliana selvagem e mutantes com baixo e alto teor endógeno de NO (gsnor+ e gsnor⁻, respectivamente) foram cultivadas in vitro em NO3⁻, NH +, NH4+ com a adição do doador de NO, S-nitrosoglutationa (GSNO) ou de glutationa reduzida (GSH). Foram realizadas análises morfológicas das raízes e foram medidos os conteúdos de S- nitrosotióis (SNOs), NO3⁻ e nitrito (NO2⁻). Também foram analisados a atividade da enzima S- nitrosoglutationa redutase (GSNOr), a expressão de genes do metabolismo de N e NO e o perfil metabólico. Nossos resultados mostraram que o NH4+ inibiu o crescimento da raiz e estimulou sua ramificação, efeito inverso ao observado com NO3⁻. Os mutantes se desenvolveram de forma similar ao selvagem, sugerindo que o teor endógeno de NO, nas condições de cultivo utilizadas, não influenciou as alterações de arquitetura radicular. A adição de GSNO ao NH4+ aumentou o teor endógeno de NO e reverteu parcialmente as modificações radiculares, sugerindo que os efeitos observados estão relacionados, em parte, ao NO produzido a partir do NO3⁻. No entanto, o GSNO não reverteu o perfil de expressão dos genes GSNOR1, NIA2 e NRT2.1. Os tratamentos com as diferentes fontes nitrogenadas apresentam respostas distintas no perfil metabólico e na expressão de genes. O perfil metabólico de plantas tratadas com GSNO apresentou uma maior quantidade de açúcares, ácidos graxos, aminoácidos e ácidos orgânicos. É possível que esses ajustes metabólicos na presença de NO tenham minimizado o estresse induzido por NH4+, permitindo o melhor desenvolvimento radicular e reversão parcial do fenótipo. A ausência de reversão dos perfis de expressão e de metabolismo indicam que o NO regula outras vias que levam à recuperação fenotípica da raiz e que precisam ser investigadas, como as vias hormonais, metabolismo antioxidante e a expressão de outros genes candidatos.
Palavras-chave: amônio; arquitetura radicular; nitrato; GSNO redutase; óxido nítrico
Alessandra Harumi Urakawa
Envolvimento do óxido nítrico nas alterações de arquitetura radicular de Arabidopsis thaliana em resposta a diferentes fontes nitrogenadas
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