Aluminum and silicon induced changes in root cell wall composition and structure of Zea mays L.

Abstract

O alumínio (Al) é o metal mais abundante da crosta terrestre e na sua forma catiônica é considerado tóxico para a maioria das espécies vegetais, provocando, na raiz, danos ao citoesqueleto, DNA, sistemas antioxidantes e metabolismo energético da célula. Como mecanismo de desintoxicação, a célula pode imobilizar Al em sua parede celular. Sabe-se que Al é capaz de ser retido em polissacarídeos pécticos e hemicelulósicos, como o homogalacturonano. A presença de Al na parede induz modificações em sua composição de forma a atenuar prejuízos aos processos de expansão e divisão celular. O silício (Si) é um elemento benéfico para as plantas e é um possível atenuador do estresse por Al por meio de mecanismos ainda não descritos. De forma a investigar as mudanças induzidas por Al na parede celular e avaliar os efeitos da adição de Si, duas linhagens de milho (Zea mays L.), uma resistente e outra sensível ao Al, foram cultivadas com e sem a presença de Al e Si. Em seguida, verificaram-se as mudanças na composição de polissacarídeos de parede pertencentes às classes de hemiceluloses e pectinas. Para complementar estes resultados, foram feitas análises computacionais utilizando o método DFT (Density Functional Theory) para simular possíveis estruturas químicas de compostos de polissacarídicos ligados a Al e Si. Foi encontrado que Al e Si induzem mudanças significativas na composição da parede celular de ambas as linhagens, sendo que ambos parecem atuar de forma sinergística, exacerbando os efeitos encontrados nos tratamentos com somente Al ou Si. Foram observadas mudanças visíveis na fluorescência de arabinano e xilano em ambas as linhagens, o que ainda não havia sido documentado na literatura. Também houve mudanças no conteúdo de homogalacturonano pouco metilesterificado na linhagem sensível e HG metilesterificado na linhagem resistente, o que corrobora resultados previamente descritos. As análises computacionais corroboram esses resultados, na medida em que se demonstrou a possibilidade de formação de complexos estáveis entre polímeros, Al e Si, os quais podem, inclusive, contribuir para a estabilidade da parede. Portanto, o trabalho demonstrou que as interações entre Al e Si in muro são complexas e que ocorrem mudanças na composição de todas as frações da parede, inclusive em polissacarídeos com funções ainda pouco conhecidas. São necessários mais estudos para melhor documentar os papeis fisiológicos desses elementos nas células, bem como para elucidar quais as funções específicas dos polissacarídeos de parede na resposta ao estresse por Al.