Desenvolvimento de procedimentos analíticos para avaliação ionômica e metabolômica em manjericão (Ocimum basilicum L. grecco a palla) exposto ao Cádmio
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Ana Rita de Araújo Nogueira
Adriana Nori de Macedo
Clésia Cristina Nascentes
Josué Carinhanha Caldas Santos
Adriana Nori de Macedo
Clésia Cristina Nascentes
Josué Carinhanha Caldas Santos
Resumo
Neste estudo, o manjericão (Ocimum basilicum L. grecco a palla) foi cultivado em solução nutritiva de Hoagland 5% v v-1 e exposto a diferentes concentrações de CdII. Um procedimento de microextração assistida por ultrassom (MUS) foi otimizado (2% v v-1 HNO3, 100 μL H2O2, 50% de amplitude e 5 minutos de tempo de extração), validado e aplicado em folha, caule e raiz para determinação multielementar por espectrometria de massas com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS). Os limites de detecção e quantificação do procedimento variaram de 0,022 a 5,33 μg g-1 (Be e K) e 0,066 a 20,1 μg g-1 (Be e Ca), respectivamente. A partir dos resultados obtidos, foi realizada uma avaliação ionômica que indicou que o Cd acumulou preferencialmente nas raízes e translocou para a parte aérea causando sérios danos às plantas, incluindo os efeitos na absorção e translocação de elementos essenciais. A análise por componentes principais (PCA) e a análise de agrupamento hierárquico (HCA) discriminou folhas, caules e raízes pelo perfil ionômico para as diferentes suplementações de CdII. Nos estudos metabolômicos, utilizou-se a espectrometria de massas por Paper Spray (PS-MS) para a identificação de glutationa (GSH), fitoquelatinas e seus derivados, além de complexos de Cd em raízes cultivadas por 7 e 14 dias. Em plântulas expostas ao Cd foram identificados iso-PC2(Cys), des-Gly-PC3, iso-PC3(Asn ou Ser ou Gln ou Glu), além de diferentes complexos de Cd, formados pela planta como mecanismo de defesa à intoxicação. Por dessorção induzida por ionização electrospray acoplada à espectrometria de massas (DESI-MSI) foram analisados imprint de folhas (0; 1,0; 3,6; 5,0; 25,0 e 50,0 μM de CdII) e raízes (0 e 25,0 μM de CdII) e, também foi feita análise direta das folhas submetidas a diferentes concentrações de CdII (0; 1,0; 3,6; 10,0; 25,0; 50,0 e 100,0 μM) para avaliação metabolômica untarget. As imagens mostraram que o Cd interferiu no metaboloma do manjericão por inibição/estímulo na síntese de metabólitos, incluindo a sinalização biológica de 24, 20 e 8 potenciais biomarcadores de folhas, raiz e ambos os órgãos, respectivamente. Os resultados mostraram-se efetivos para análise ionômica e metabolômica target e untarget em folhas e raízes, sendo promissores para novos estudos envolvendo mecanismos de defesa das plantas expostas à diferentes metais tóxicos.
Abstract
In this study, basil (Ocimum basilicum L. grecco a palla) was cultivated in 5% v-1 Hoagland nutrient solution and exposed to different concentrations of CdII. An ultrasound-assisted microextraction (MUS) procedure was optimized (2% v v-1 HNO3, 100 μL H2O2, 50% amplitude and 5 min extraction time), validated and applied to leaf, stem and root for multielemental determination by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). The detection and quantification limits of the procedure ranged from 0.022 to 5.33 μg g-1 (Be and K) and from 0.066 to 20.1 μg g-1 (Be and Ca), respectively. From the results obtained, an ionomic evaluation was performed indicating that Cd preferentially accumulated in the roots and translocated to the aerial part causing serious damage to plants, including effects on the uptake and translocation of essential elements. Principal component analysis (PCA) and hierarchical cluster analysis (HCA) discriminated leaves, stems, and roots by ionomic profile for the different Cd((II) supplementations. In metabolomics studies, Paper Spray Mass Spectrometry (PS-MS) was used to identify glutathione (GSH), phytochelatins and their derivatives, besides Cd complexes in roots that were cultivated for 7 and 14 days. In seedlings exposed to Cd, iso-PC2(Cys), des-Gly-PC3, iso-PC3(Asn or Ser or Gln or Glu) and different Cd complexes formed by the plant as a defense mechanism to intoxication were identified. By Desorption Electrospray Ionization Mass Spectrometry Imaging (DESI-MSI), leaf imprint (0; 1.0; 3.6; 5.0; 25.0 and 50.0 μM of CdII) and root imprint (0 and 25.0 μM of CdII) were analysed and a direct analysis of leaves submitted to different concentrations of CdII (0; 1.0; 3.6; 10.0; 25.0; 50.0 and 100.0 μM) was also performed for untarget metabolomic evaluation. The images showed that Cd interfered in the basil metabolome by inhibition/stimulation in metabolite synthesis, including biological signaling of 24, 20 and 8 potential biomarkers from leaves, root and both organs, respectively. The results proved to be effective for target and untarget ionomic and metabolomic analysis in leaves and roots and they are promising for further studies involving defense mechanisms of plants exposed to different toxic metals.
Assunto
Química analítica, Extração (Química), Manjericão, Cádmio, Plantas Efeito do cádmio, Espectrometria de massa, Análise de componentes principais, Ionização
Palavras-chave
Microextração, Manjericão, Cádmio, Ionização ambiente, Imageamento, Microextraction, Basil, Cadmium, Ambient ionization, Imaging