Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/56073
Type: Tese
Title: Mecanismos de sinalização em plântulas de sorgo e trigo em resposta ao alumínio mediados por gás sulfídrico
Authors: Fernanda Gomes da Silva
First Advisor: Luzia Valentina Modolo
First Referee: Geraldo Aclécio Melo
Second Referee: Eduardo Gusmão Pereira
Third Referee: Ana Paula de Faria
metadata.dc.contributor.referee4: Maria Rita Scotti Muzzi
Abstract: Em solos ácidos, o alumínio (Al3+) é um dos principais fatores que limita a produtividade agrícola. Por este motivo, é essencial identificar cultivares tolerantes e conhecer os mecanismos de resistência ao Al3+. O principal efeito do Al3+ em plantas é a indução da superprodução de espécies reativas de oxigênio. O sulfeto de hidrogênio (H2S) tem sido apontado como sinalizador nas respostas de defesa em plantas sob diferentes estresses ambientais. O presente estudo teve como objetivo analisar os mecanismos de sinalização ativados durante o estresse por Al3+ em genótipos de sorgo (Sorghum bicolor) e de trigo (Triticum aestivum) contrastantes quanto à tolerância a este cátion. Também se investigou o possível efeito de um doador de H2S na mitigação dos danos causados pelo Al3+. Os genótipos de sorgo foram expostos ao Al3+ (0 a 80 µM) em CaCl2 200 µM (pH 4,0), enquanto que os genótipos de trigo foram tratados com Al3+ 75 µM em solução nutritiva 1/10 da força total (pH 4,0). As principais respostas das plântulas ao Al3+ foram observadas após 48 h de tratamento. O Al3+ foi tóxico para os genótipos sensíveis (ATF8B, sorgo e Anahuac, trigo), enquanto as plântulas tolerantes (ATF10B, sorgo, e BH1146, trigo) pouco sofreram os efeitos citotóxicos deste cátion. Os níveis endógenos de H2S em raízes tolerantes de sorgo (ATF10B) foram maiores que os de raízes sensíveis (ATF8B). O tratamento com Al3+ estimulou as atividades superóxido dismutase (SOD), ascorbato peroxidase (APX) e catalase (CAT) em raízes sensíveis de sorgo, sem afetar tais enzimas no genótipo tolerante. O pré-tratamento com o doador de H2S por 24 h provocou efeitos divergentes entre as espécies. Raízes do genótipo sensível de sorgo pré-tratadas com doador de H2S e em seguida expostas ao Al3+ apresentaram atividades SOD, APX e CAT similares às de raízes-controle. O H2S exógeno também minimizou as alterações morfológicas outrora induzidas pelo Al3+ em raízes sensíveis de sorgo. O tratamento com Al3+ promoveu aumento dos níveis endógenos de H2S em raízes de ambos os genótipos de trigo. O aumento no conteúdo de H2S induzido pelo Al3+ em trigo coincidiu com o estímulo da atividade β-ciano-alanina sintase (CAS) e diminuição da atividade L-cisteína dessulfidrase (L-DES). O Al3+ também inibiu a atividade desidrogenase e a produção de ânion superóxido em plântulas sensíveis e tolerantes ao cátion, embora tais danos tenham sido menos intensos no genótipo tolerante. Eventos de morte celular parecem ter sido intensificados na epiderme de raízes de trigo sensíveis, mas não em raízes tolerantes, após a exposição com Al3+. Diferentemente dos resultados obtidos para o sorgo, o prétratamento de raízes de trigo com H2S intensificou processos de morte celular, inibiu a respiração e ativou as enzimas SOD, APX e CAT em ambos os genótipos, independentemente da exposição ao Al3+. O aumento do H2S endógeno induzido pelo Al3+, associado ao fornecimento exógeno do H2S intensificou os efeitos deletérios deste gás em raízes de trigo. Os resultados indicam que o H2S 50 µM impulsiona a resposta de defesa de raízes dos genótipos de sorgo ao Al3+ enquanto torna-se tóxico aos genótipos de trigo. Os efeitos do H2S no âmbito da resposta ao Al3+ variam de acordo com a espécie vegetal e concentração deste gás na célula.
Abstract: Aluminum (Al3+) is one of the main factors that limit crop productivity in acid soils. For this reason, it is important to identify and know the mechanisms of resistance of Al3+. The overproduction of reactive oxygen species is one of the first responses of plants to Al3+ exposure. Also, hydrogen sulfide (H2S) has been recognized as a key signaling molecule during plant response to (a)biotic stresses. This study focused on the evaluation of signaling processes activated in contrasting sorghum (Sorghum bicolor) and wheat (Triticum aestivum) genotypes during the response to Al3+ stress. The effect of an H2S donor in the mitigation of damages caused by Al3+ was also investigated. Sorghum genotypes were exposed to Al3+ (0 to 80 µM) in 200 µM CaCl2 (pH 4.0), while wheat genotypes were treated with 75 µM Al3+ prepared in one tenth total strength nutrient solution (pH 4.0). The key responses of seedlings were observed 48 h post Al3+ exposure. Al3+ was toxic to the sensitive genotypes (ATF8B, sorghum e Anahuac, wheat) while the cytotoxic effects in tolerant seedlings (ATF10B, sorghum e BH1146, wheat) were quite mild. The endogenous levels of H2S in Al-tolerant sorghum roots (ATF10B) were higher than those of Al-sensitive ones (ATF8B). The Al3+ treatment stimulated the activities of superoxide dismutase (SOD), ascorbate peroxidase (APX) and catalase (CAT) in Al-sensitive sorghum roots without affecting the activity of such enzymes in the Al-tolerant genotype. The pre-treatment with an H2S donor for 24 h caused contrasting effects on the studied plant species. The roots from pre-treatment of Alsensitive sorghum with H2S rescued the SOD, APX and CAT activities to the levels of control plants, followed by Al3+ exposure. The exogenous H2S also attenuated the morphological alterations triggered by Al3+ in Al-sensitive sorghum roots. Wheat roots exhibited increased endogenous levels of H2S upon Al3+ treatment. The increase in H2S levels induced by Al in wheat was accompanied by stimulation in β-ciano-alanine synthase (CAS) and decrease of Lcysteine desulfhydrase (L-DES), enzymes involved in the biosynthesis of H2S. The Al3+ also inhibited the dehydrogenase activity and superoxide anion production in Al-sensitive seedlings and at less extent in the Al-tolerant genotype. Cell death events seem to have been enhanced in the epidermis of sensitive wheat roots, but not in tolerant roots after Al3+ exposure. Different from the results obtained for sorghum roots, the pre-treatment of wheat roots with an H2S donor intensified cell death processes, inhibited cell respiration and stimulated SOD, APX and CAT enzymes in both genotypes, independently of Al3+ exposure. The increase of endogenous H2S levels induced by Al3+ exposure, associated with the exogenously generated H2S boosted the deleterious effects of such gas on wheat roots. Overall, the results indicate that 50 µM H2S contributes to the sorghum response to Al3+ while, in contrast, become toxic to the wheat genotypes. The H2S effects with respect to the plant response to Al3+ vary according to the plant species and gas concentration in plant cells.
Subject: Fisiologia vegetal
Sorgo
Trigo
Alumínio
Sinalização celular
Sulfeto de hidrogênio
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICB - INSTITUTO DE CIÊNCIAS BIOLOGICAS
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Biologia Vegetal
Rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/56073
Issue Date: 29-Apr-2016
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