Rafael Caetano da Silva

Em 18 de fevereiro de 2025, Rafael Caetano da Silva, aluno de doutorado do programa de Pós-Graduação em Biodiversidade Vegetal e Meio Ambiente do Instituto de Pesquisas Ambientais IPA – SP, bolsista CNPq defendeu sua tese intitulada, “O Papel do Óxido Nítrico e de Fontes Inorgânicas de Nitrogênio no Desenvolvimento Radicular e nas Respostas de Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. e Araucaria angustifolia (Bert.) Kuntze a Estresses Abióticos”, no modo virtual.

            A banca examinadora foi presidida pela sua orientadora, Profa. Dra. Marília Gaspar, Profa. Dra. Silvia Ribeiro de Souza, Prof. Dr. Luciano Freschi, Prof. Dra. Neidiquele Maria Silveira e Prof. Dr. Luciano do Amarante.

            Em sua tese de doutorado, o pesquisador Rafael Caetano da Silva investigou o uso de doadores de óxido nítrico (NO) e glutationa (GSH), em formulações livres ou nanoencapsuladas, como estratégia para mitigar os efeitos de estresses abióticos em plantas. Dividido em quatro capítulos, o estudo envolveu experimentos com Arabidopsis thaliana e Araucaria angustifolia, com foco nos impactos do déficit hídrico e do uso de amônio como fonte única de nitrogênio. Nos ensaios com A. thaliana, Rafael demonstrou que a aplicação exógena de NO favorece o crescimento da raiz principal e ameniza os efeitos tóxicos do cultivo exclusivo com amônio, além de alterar padrões de desenvolvimento radicular, tornando-os mais semelhantes aos observados em plantas cultivadas com nitrato. Já nos experimentos com A. angustifolia, uma conífera nativa e criticamente ameaçada de extinção, a pesquisa revelou que mudas jovens são capazes de crescer com diferentes fontes inorgânicas de nitrogênio, incluindo amônio e nitrato, sem prejuízo ao desenvolvimento, contrariando a visão predominante de uma preferência exclusiva pelo amônio nesse estágio.

            Outro destaque da tese foi a aplicação de nanopartículas contendo NO ou GSH como estratégia para mitigar os efeitos da seca. “Mesmo sendo uma espécie tolerante a curtos períodos de seca, a aplicação dessas nanopartículas ofereceu uma proteção adicional importante”, explica o pesquisador. As formulações melhoraram parâmetros bioquímicos, fisiológicos e de crescimento das plantas, sendo a quitosana, utilizada como matriz das nanopartículas, um elemento-chave na resposta positiva observada.

            Com florestas de araucária reduzidas a apenas 2,5% de sua distribuição original e projeções alarmantes para seu futuro, a pesquisa oferece caminhos concretos para ações de conservação e reflorestamento. Segundo Rafael, “essas tecnologias têm potencial para serem aplicadas de forma sustentável em viveiros e projetos de recuperação ambiental, tanto para a araucária quanto para outras espécies florestais sensíveis às mudanças climáticas”.

            Os resultados apontam novos caminhos para a conservação da espécie e mostram como a nanotecnologia pode contribuir para o enfrentamento dos desafios impostos pelas mudanças climáticas às florestas nativas do Brasil.

O Papel do Óxido Nítrico e de Fontes Inorgânicas de Nitrogênio no Desenvolvimento Radicular e nas Respostas de Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. e Araucaria angustifolia (Bert.) Kuntze a Estresses Abióticos

RESUMO

Os impactos ambientais causados pela ação antrópica têm potencializado as mudanças climáticas. Essas alterações refletem em impactos diretos em espécies vegetais, que são sésseis e, portanto, necessitam de estratégias para tolerar situações de estresse, como o excesso ou a escassez de água, causados pelo desbalanço nos regimes hídricos. Dentre os mecanismos de tolerância ao estresse, o óxido nítrico (NO) possui um papel fundamental, sendo um radical livre gasoso derivado do metabolismo do nitrogênio (N) com importante papel na morfofisiologia vegetal. Apesar de seu envolvimento nas respostas antiestresse, a relação do NO nas respostas induzidas pelas fontes de N ainda não está completamente elucidado. Recentemente, nanopartículas (NPs) liberadoras de NO vêm sendo utilizadas para controlar a rápida decomposição de moléculas doadoras de NO e aumentar sua atividade biológica. Diante disso, objetivou-se com esse estudo: I – avaliar o potencial protetor de um doador de NO na espécie modelo Arabidopsis thaliana (L.) Heynh., cultivadas em nitrato (NO3–) e/ou amônio (NH4+) e sob diferentes disponibilidades de oxigênio (normóxia, hipóxia e anóxia); II – avaliar as estratégias no uso de fontes inorgânicas de N em mudas de Araucaria angustifolia (Bert.) Kuntze e; III – avaliar o potencial protetor de um doador de NO nanoencapsulado em mudas de A. angustifolia sob déficit hídrico. Para tais, foram analisados parâmetros bioquímicos (metabolismo do N, produção de NO e S-nitrosotióis, e perfil metabólico) e morfofisiológicos (comprimento, massas frescas e secas, análises da morfologia radicular, potencial hídrico, conteúdo relativo de água) da espécie arbórea nativa. Já para a espécie modelo, analisou-se a morfologia radicular (comprimento da raiz principal, densidade de pelos absorventes e raízes laterais) e o transporte de auxinas (análises em microscópio de fluorescência utilizando os genes repórteres GFP::DR5 e GFP::PIN1). Em relação ao observado para A. thaliana, o NO reverteu particialmente os efeitos deletérios causados pelo cultivo em hipóxia, levando a maiores valores de comprimento das raízes principais, mesmo em plantas cultivadas com amônio. Interessantemente, esse aumento foi relativamente menor ao aplicar um sequestrador de NO, demonstrando a importância do NO no crescimento e desenvolvimento de plantas sob condições de estresse. Além disso, a aplicação de NO também estimulou o desenvolvimento mais rápido das raízes laterais em comparação a plantas mantidas em apenas amônio, assemelhando-se as mantidas em nitrato. Quanto às estratégias de uso de N pela A. angustifolia, constatou-se que a espécie apresenta elevada plasticidade frente às diferentes fontes inorgânicas de N testadas. Embora a espécie tenha aproveitado de forma eficiente tanto o nitrato quanto o amônio, este último promoveu viii maiores níveis de clorofilas e carotenoides. Também foi discutido que as respostas possivelmente foram fortemente influencidas pelas reservas hipocotilares, já que estas são altamente importantes para o desenvolvimento nas fases iniciais de crescimento. Para as mudas de A. angustifolia mantidas sob condições limitantes de água, observou-se que o doador de NO nanoencapsulado apresentou um importante papel protetor. Os níveis de peroxidação lipídica foram menores em plantas tratadas com NO em comparação aos do grupo controle. Além disso, o NO também promoveu maior acúmulo de osmoprotetores e crescimento da parte aérea mesmo em condições de déficit hídrico. Em conjunto, os resultados obtidos evidenciam o potencial do NO como uma ferramenta promissora na mitigação dos efeitos adversos causados por estresses ambientais, como a hipóxia e o déficit hídrico, em espécies vegetais chave como A. thaliana e A. angustifolia. A compreensão aprofundada dos mecanismos bioquímicos e morfofisiológicos envolvidos nas respostas ao NO e à fonte de N abre novas perspectivas para o desenvolvimento de estratégias sustentáveis na agricultura e na conservação de espécies vegetais frente aos desafios climáticos emergentes.

Palavras-chave: Déficit hídrico, hipóxia, metabolismo do nitrogênio, mudanças climáticas, plasticidade vegetal

ABSTRACT

The environmental impacts of anthropogenic activities have been identified as a contributing factor to the intensification of climate change. These alterations have a direct impact on plant species, which require adaptive strategies to tolerate stress conditions such as water excess or scarcity caused by imbalances in hydrological regimes. Among the stress tolerance mechanisms, nitric oxide (NO) plays a fundamental role as a gaseous free radical derived from nitrogen (N) metabolism, significantly influencing plant morphophysiology. Despite its involvement in stress responses, the relationship between NO and responses induced by different N sources remains insufficiently elucidated. Recently, NO-releasing nanoparticles (NPs) have been employed to regulate the rapid decomposition of NO-donating molecules and enhance their biological activity. Accordingly, this study aimed to: (i) evaluate the protective potential of an NO donor in the model species Arabidopsis thaliana (L.) Heynh., grown with nitrate (NO3⁻) and/or ammonium (NH4⁺) under varying oxygen availability (normoxia, hypoxia, and anoxia); (ii) assess strategies for the use of inorganic N sources in Araucaria angustifolia (Bert.) Kuntze seedlings; and (iii) investigate the protective role of a nanoencapsulated NO donor in A. angustifolia seedlings under water deficit (WD). For these experiments, biochemical parameters (NO production, S-nitrosothiols, and metabolic profiling), and morphophysiological traits (root length, fresh and dry biomass, root morphology analysis, water potential, and relative water content) of the native species were analyzed. For the cultivated species, root morphology was analyzed (main root length, root hair density, and lateral roots), in addition to fluorescence microscopy analyses using reporter genes (GFP::DR5 and GFP::PIN1). In A. thaliana, NO partially reversed the deleterious effects of hypoxia, promoting greater primary root length, even in ammonium-treated plants. Interestingly, this increase was relatively reduced upon the application of the NO scavenger cPTIO, highlighting the importance of NO in plant growth and development under stress conditions. Furthermore, the application of NO also stimulated faster development of lateral roots compared to plants grown solely with ammonium, resembling those grown with nitrate. Regarding N use strategies in A. angustifolia, this plant species exhibited high plasticity in response to different inorganic N sources, including combined nitrate and ammonium treatments. While the species efficiently utilized both nitrate and ammonium, the latter promoted higher chlorophyll and carotenoid levels. It was also discussed that the responses were possibly strongly influenced by the hypocotyl reserves, as they are crucial for development during the early growth stages. For A. angustifolia seedlings subjected to water- x limited conditions, nanoencapsulated NO demonstrated a protective role against the deleterious effects of WD. Lipid peroxidation levels, indicated by malondialdehyde (MDA) content, were lower in nanoencapsulated NO-treated plants compared to controls. Additionally, nanoencapsulated NO enhanced osmoprotectant synthesis and shoot growth, even under WD conditions. These findings underscore the potential of NO as a promising tool for mitigating the adverse effects of environmental stresses such as hypoxia and WD in key plant species like A. thaliana and A. angustifolia. A deeper understanding of the biochemical and morphophysiological mechanisms underlying NO responses opens new perspectives for developing sustainable agricultural strategies and conservation efforts for plant species in the face of emerging climatic challenges.

Keywords: Climate change, hypoxia, nitrogen metabolism, plant plasticity, water deficit

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Rafael Caetano da Silva
PROGRAMA Reflora – Do Repatriamento de Dados à Utilização da Fotografia Digital como Ferramentas para Estudos em Biodiversidade

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