Fernanda de Oliveira Menezes
Em 29 de abril de 2019, a aluna Fernanda de Oliveira Menezes do programa de Pós-Graduação em Biodiversidade Vegetal e Meio Ambiente do Instituto de Botânica de São Paulo, bolsista CAPES, defendeu sua dissertação de mestrado intitulada: “Produção de ROS e sistema antioxidante enzimático na bromélia CAM Acanthostachys strobilacea (Schultz f.) Klotzsch & Otto exposta à seca”.
A banca examinadora foi presidida pela orientadora, Dra. Catarina Carvalho Nievola do Núcleo de Pesquisa em Plantas Ornamentais (IBt), e contou com a participação da Dra. Mirian Cilene Spasiani Rinaldi do Núcleo de Pesquisa em Ecologia (IBt) e da Dra. Helenice Mercier do instituto de Biociências (IB- USP).
Produção de ROS e sistema antioxidante enzimático na bromélia CAM Acanthostachys strobilacea (Schultz f.) Klotzsch & Otto exposta à seca
ABSTRACT
Events associated to global warming involve a scenario of lower water availability due to the increase in temperature, establishing stressful conditions that may compromise the survival of certain species, such as epiphytic bromeliads. Among the bromeliad species found in Brazil is the ornamental Acanthostachys strobilacea (Schult. & Schult.f.) Klotzsch. Studies performed by our research group have identified the plasticity of this species when exposed to variations in water availability, which may be related to the fact that this species presents CAM (Crassulacean Acid Metabolism) photosynthesis. CAM is a photosynthetic pathway that promotes drought tolerance, allowing high rates of CO2 fixation by plants under decreased water availability conditions. The study with juvenile epiphytic bromeliads may reveal the physiological adjustments necessary for the survival of the species under water restriction. It can be assumed that these plants present fast tolerance adjustments when exposed to drought. It has been observed that CAM epiphytic bromeliads show variations in the activities of the antioxidant system under drought conditions, which may facilitate its survival in this condition. In fact, when plants employ an efficient antioxidant defense system that includes enzymes such as superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), ascorbate peroxidase (APX), glutathione reductase (GR), membrane damage caused by ROS (reactive oxygen species) such as the superoxide radical, for example, may be prevented. Furthermore, it is hypothesized CAM may act as a mechanism for preventing the overproduction of ROS. The objective of this study was to evaluate the response of young plants of the bromeliad A. strobilacea to moderate water deficit and rehydration by analyzing the activity of the enzymatic antioxidant system and of CAM enzymes, phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC) and malate dehydrogenase (MDH). First, plants were maintained under daily irrigation and without irrigation for eight days. After this period, plants without irrigation were irrigated for one day. Although there was a reduction in the relative water content, the osmotic potential was not reduced in the tissues of plants without irrigation. There were differences in PEPC and MDH activities between the beginning and end of the day, but water availability did not affect the activities of these enzymes However, there was an increase in the activities of the enzymatic antioxidant system and a decrease in lipid peroxidation (LPO) levels, suggesting that the antioxidant system was activated under moderate stress to reduce membrane damage. After rehydration plants quickly recovered water content to similar levels of daily-irrigated plants and was observed a significant increase in superoxide and LPO content. Although CAT activity decreased, APX, SOD and GR activity was higher. Suggesting that the evaluated period was not adequate for the recovery of antioxidant enzymes activity at similar levels to those observed in the irrigated condition The results show that, in young A.strobilacea plants, subjected to moderate drought the antioxidant enzymes are the main responsible for the elimination of ROS, and the decrease of the lipid peroxidation show this situation like more favorable to control of the cellular homeostasis in comparison to irrigated plants.
Keywords: Bromeliaceae, estresse oxidativo, metabolismo ácidos das crassuláceas
RESUMO
Os eventos associados ao aquecimento global envolvem um cenário de menor disponibilidade hídrica devido ao aumento de temperatura, estabelecendo condições estressantes que podem comprometer a sobrevivência de certas espécies, como é o caso das bromélias epífitas. Dentre as espécies de bromélia encontradas no Brasil está a ornamental Acanthostachys strobilacea (Schult. & Schult.f.) Klotzsch. Estudos realizados por nosso grupo de pesquisa identificaram a plasticidade dessa espécie quanto às variações da disponibilidade hídrica, o que pode estar relacionado ao fato dessa espécie apresentar a fotossíntese CAM (Metabolismo Ácido das Crassuláceas). O metabolismo CAM é uma via fotossintética que promove tolerância à seca, permitindo altas taxas de fixação de CO2 pelas plantas em condições de diminuição da disponibilidade de água. O Estudo com bromélias epífitas em estágio inicial pode revelar os ajustes fisiológicos necessários à permanência de populações de espécies mesmo sob restrição hídrica. É possível supor que estas plantas devam apresentar rápidos ajustes de tolerância quando expostas à seca, tem sido constatado que bromélias epífitas CAM podem apresentar variações nas atividades do sistema antioxidante em condições de suspensão hídrica o que facilitaria sua sobrevivência nessa condição. De fato, quando as plantas empregam um sistema eficiente de defesa antioxidante que incluem enzimas como superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT), ascorbato peroxidase (APX), glutationa redutase (GR), os danos de membrana ocasionados por ROS (do inglês “reactive oxygen species”) como o superóxido, podem ser evitados. Além disso, existe a hipótese de que CAM pode agir como mecanismo de prevenção à produção excessiva de ROS. O objetivo do presente estudo foi avaliar a resposta ao déficit hídrico moderado e reidratação em plantas jovens da bromélia A. strobilacea por meio da análise de atividade do sistema antioxidante enzimático e das enzimas do CAM, fosfoenolpiruvato carboxilase (PEPC) e malato desidrogenase (MDH). Primeiramente, um lote de plantas foi mantido em irrigação diária e outro lote em suspensão de rega por oito dias. Após esse período as plantas mantidas em suspensão de rega foram reidratadas por 1 dia. Apesar de haver redução do conteúdo relativo de água não foram observadas quedas nos valores de potencial osmótico dos tecidos das plantas não irrigadas. Em plantas irrigadas e submetidas a suspensão de rega, foi observado diferenças na atividade das enzimas PEPC e MDH no início e final do dia, porém não foi observado diferenças na atividade dessas enzimas em relação à disponibilidade hídrica. Contudo, foi observado um aumento na atividade das enzimas do sistema antioxidante e diminuição de peroxidação lipídica (LPO), revelando a necessidade de ativação do sistema antioxidante para redução de danos de membrana em condições de estresse moderado. Após a reidratação as plantas recuperaram o conteúdo hídrico em níveis similares às plantas irrigadas e foi observado um aumento significativo nos níveis de superóxido e LPO. Apesar da atividade da CAT ter diminuído, as atividades da APX, SOD e GR foram maiores. Sugerindo que o período avaliado não foi adequado para a recuperação da atividade das enzimas do sistema antioxidantes em níveis similares aos observados na condição irrigada. Os resultados apresentados sugerem que, em plantas jovens de A. strobilacea, submetidas à seca moderada, as enzimas antioxidantes seriam as principais responsáveis pela eliminação de ROS e a diminuição da peroxidação lipídica aponta para essa situação como sendo mais favorável ao controle da homeostase celular em comparação às plantas que são mais hidratadas.
Palavras-chave: Bromeliaceae, estresse oxidativo, metabolismo ácidos das crassuláceas
Fernanda de Oliveira Menezes
Produção de ROS e sistema antioxidante enzimático na bromélia CAM Acanthostachys strobilacea (Schultz f.) Klotzsch & Otto exposta à seca
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