Pesquisa
Modulação de genes que codificam enzimas antioxidantes em milho pipoca (Zea mays everta) submetidos a diferentes estresses abióticos
Mestrado em Biotecnologia Aplicada à Agricultura
Autor: Claudia Borsari Trevizan
Orientador: Silvia Graciele Hülse de Souza
Defendido em: 28/02/2018
Resumo
O mercado de milho pipoca está em crescente expansão no Brasil. Entretanto a salinidade nos solos afeta o rendimento das culturas, provoca redução no desenvolvimento das plantas influenciando na fisiologia e no metabolismo vegetal. Além disso, causa acúmulo excessivo de espécies reativas de oxigênios (EROS) nas células vegetais. Dentre os mecanismos enzimáticos envolvidos na detoxificação das EROS, destacam-se as enzimas oxidativas: dismutases do superóxido (SODs), as catalases (CATs) e as peroxidases do ascorbato (APXs). Com isso, o objetivo deste estudo foi verificar a produção de EROS a partir da regulação dos genes das enzimas antioxidantes SOD, CAT e APX em dois genótipos de milho pipoca expostos a diferentes concentrações salinas. Para isso, sementes dos genótipos IAC 125 e UFVM2 foram semeadas em substrato comercial e mantidas em câmara de crescimento 25±2ºC, intensidade luminosa com aproximadamente 200 µmol m-2s-1, umidade relativa 60±5%. As plântulas foram mantidas em solução nutritiva e acrescida de NaCl nas concentrações 0 mM, 100 mM e 200 mM. As folhas foram coletadas após 15 dias. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado (n=10) em esquema fatorial 2x3. Foram mensuradas características agronômicas como comprimento (CPA) (cm) e massa fresca (g) (MFPA) da parte aérea, índice de clorofila (IC), atividade de água (AW), teor de água (TRA) e integridade da membrana plasmática (IMP). A partir das folhas foram feitas as análises da atividade das enzimas antioxidantes SOD, CAT e APX e a modulação (RT-PCR) dos genes: ZmCAT, ZmAPX, ZmSOD (Mn), ZmSOD (Fe) e ZmSOD (Cu/Zn). Na avaliação CPA e MFPA, o genótipo IAC 125 mostrou maior desenvolvimento. Apesar dos dois genótipos apresentarem decréscimo conforme o aumento das concentrações salinas, a cada aumento da concentração, o genótipo UFVM2 se desenvolveu menos. O IC elevou-se juntamente com as concentrações salinas em ambos os genótipos, não havendo diferença entre os tratamentos do genótipo IAC 125. As análises de AW e TRA reduziram do controle para a maior concentração salina, enquanto IMP apresentou redução no genótipo IAC 125 e acréscimo em UFVM2. Na avaliação da atividade enzimática, o genótipo UFVM2 apresentou maiores quantidades enzimáticas no controle (0mM) comparado com genótipo IAC. Porém, nas demais concentrações induzidas ao estresse, o genótipo IAC 125 produziu quantidades superiores nas três enzimas em todas as concentrações, exceto para a enzima CAT. O gene SOD (Fe) foi o mais expresso no genótipo IAC 125 e teve aumento a cada concentração, enquanto no genótipo UFVM2 teve baixa regulação, sem diferença entre as concentrações salinas. Todos os demais genes apresentaram maiores expressões conforme o aumento da salinidade. Sendo assim, conclui-se que o genótipo IAC 125 foi superior ao genótipo UFVM2 em todas as avaliações quando induzido ao estresse salino, destacando produção das enzimas SOD, CAT e APX, nas quais estão associadas com a manutenção dos níveis de peroxidação de lipídios sob o estresse salino, o que pode atribuir ao genótipo um indicativo de tolerância nos solos salinos.
Palavras-chave
Zea mays; estresse abiótico; espécies reativas de oxigênio (EROS); RT-PCR.
Title
Genes modulation which code antioxidant enzymes in popcorn (zea mays everta) submitted to saline stress
Abstract
The popcorn market is in growing expansion in Brazil. However, soil salinity affects crops' yield, causing a reduction in the plants' development, influencing its physiology and metabolism. Besides that, it causes excessive accumulation of reactive oxygens species (ROS) in plant cells. Among the enzymatic mechanisms involved in the detoxification of ROS, the oxidative enzymes stand out: superoxide dismutases (SODs), catalases (CATs) and ascorbate peroxidases (APXs). Thus, the aim in this study was to verify de ROS production by regulating the antioxidant enzymes genes, as SOD, CAT and APX, in two popcorn genotypes exposed to different saline concentrations. For that, genotypes seeds as IAC 125 and UFVM2 were seeded on a commercial substrate and kept in growth chamber 25±2ºC, light intensity with approximately 200 µmol m-2s-1, relative humidity 60±5%. The seedlings were maintained in nutrient solution and added NaCl at 0 mM, 100 mM and 200 mM concentrations. The leaves were collected after 15 days. The experimental design was completely randomized (n = 10) in a 2x3 factorial scheme. Agronomic characteristics such as Plant shoot heights (SH) (cm) and shoot fresh mass (SFM) (g), chlorophyll index (CI), water activity (WA), water content (WC) and plasma membrane integrity (IMP) were measured. From the leaves the activity of antioxidant enzymes were analyzed, such as SOD, CAT and APX and the genes modulation (RT-PCR): ZmCAT, ZmAPX, ZmSOD (Mn), ZmSOD (Fe) and ZmSOD (Cu/Zn) were performed. In the SH and SFM evaluation, the genotype IAC 125 showed greater development. Although the two genotypes showed a decrease as the saline concentrations increased, the UFVM2 genotype grew less at each concentration increase. The CI increased along saline concentrations in both genotypes, with no differences between treatments of IAC 125 genotype. The WA and WC analyzes reduced control to the higher saline concentration, whereas IMP presented a reduction in IAC 125 genotype and an increase in UFVM2. In enzymatic activity evaluation, the UFVM2 genotype showed higher enzymatic amounts in the control (0mM) compared to IAC genotype. However, in the other stress-induced concentrations, IAC 125 genotype produced higher amounts in the three enzymes at all concentrations, excepct for the CAT enzyme. SOD (Fe) gene was the most expressed in IAC 125 genotype and had an increase at each concentration, while UFVM2 genotype had a low regulation, with no difference between the saline concentrations. All other genes presented higher expressions as the salinity increased. Therefore, it is concluded that IAC 125 genotype was superior to UFVM2 in all evaluations when induced to saline stress, highlighting the production of SOD, CAT and APX enzymes, in which they are associated with maintenance of lipid peroxidation levels under saline stress, which can attribute to the genotype an indicative of tolerance in saline soils.
Keywords
Zea mays; abiotic stress; reactive oxygen species (ROS); RT-PCR.