Influência das fontes de N e do déficit hídrico sobre a expressão de aquaporinas e/ou transporte de ácidos orgânicos em plantas CAM

• Main Author: Pereira, Paula Natália
• Other Authors: Gaspar, Marília
• Format: Others
• Language: pt
• Published: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP 2016
• Subjects: Aquaporinas; Aquaporins; Crassulacean acid metabolism; Fontes de nitrogênio; Metabolismo ácido crassuláceo; Nitrogen sources; Proton transport; Transporte de prótons
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/41/41132/tde-03012017-160905/

Ao longo dos últimos anos, o metabolismo ácido das crassuláceas (CAM) tem sido bem estudado em espécies das famílias Bromeliaceae e, principalmente, Crassulaceae. Essa via fotossintética é caracterizada pelo acúmulo noturno de ácidos orgânicos dentro do vacúolo e pela fixação de CO2 durante a noite pela enzima fosfoenolpiruvato carboxilase (PEPC). No entanto, pouco se sabe sobre a preferência pela atividade da enzima ATPase ou PPiase no transporte de prótons e ácidos orgânicos no interior das vesículas do tonoplasto em espécies CAM. A fotossíntese CAM pode ser induzida em plantas caracterizadas como CAM-facultativas por diversos fatores ambientais, por exemplo, déficit hídrico, termoperíodo, salinidade e deficiência de nutrientes. Contudo, pouco tem sido discutido sobre a influência dos nutrientes na indução do CAM. Esse estudo investigou o transporte de prótons através da membrana do tonoplasto em seis espécies de bromélias CAM e duas espécies de Kalanchoë. Todas as espécies usadas nesse estudo mostrou uma preferência pela ATPase do que pela PPiase para o transporte de prótons e ácidos orgânicos no interior das vesículas do tonoplasto. Nós também observamos uma maior expressão do CAM nas plantas de Kalanchoë laxiflora e Kalanchoë tubiflora mantidas na presença de 2.5 mM de NO3-. Por outro lado, Guzmania monostachia, uma espécie de bromélia epífita, exibiu a maior intensidade do CAM nas folhas mantidas na presença de NH4+ + déficit hídrico. Nessa espécie de bromélia, a maior expressão do gene ALMT9 na porção apical das folhas, seguido pelas maiores taxas de transporte de prótons pela ATPase, acúmulo de açucares solúveis e a ativação das defesas antioxidantes parecem estar relacionados com o aumento da tolerância pelo ajuste osmótico e limitação do dano oxidativo nas folhas mantidas na presença de NH4+ + déficit hídrico. Uma outra explicação para a maior intensidade do CAM no ápice das folhas mantidas em NH4+ + déficit hídrico poderia ser a maior expressão dos genes que codificam aquaporinas, principalmente GmPIPs e GmTIPs, que talvez sejam responsáveis pelo transporte de água das porções basal e mediana para a porção apical das folhas. O maior conteúdo de água conservado na porção apical poderia ajudar a aumentar a intensidade da fotossíntese CAM nessa porção das folhas de G. monostachia mantidas na presença de NH4+ + déficit hídrico === Historically, crassulacean acid metabolism (CAM) has been studied in many families, mainly Bromeliaceae and Crassulaceae. This photosynthetic pathway is characterized by the nocturnal organic acid accumulation in the vacuole as well as CO2 fixation during the night by the phosphoenolpyruvate carboxylase enzyme (PEPC). However, little is known about the preference of ATPase or PPiase activities for the proton and organic acids transport in tonoplast vesicles in CAM species. CAM photosynthesis can be inducted in CAM-facultative species by environmental factors such as, water deficit, thermoperiod, salinity and nutrients deficiency. Although, little has been discussed about the influence of nutrients on CAM induction. This study investigated proton transport in CAM bromeliad species and two CAM Kalanchoë species. All of the species used in this study showed a preference for ATPase rather than PPiase for the proton and organic acids transport into the tonoplast vesicles. We also observed a higher CAM expression in Kalanchoë laxiflora and Kalanchoë tubiflora plants kept in the presence of 2.5 mM of NO3-. On the other hand, Guzmania monostachia plants, an epiphytic tank bromeliad species, exhibited the highest CAM intensity in the leaves kept in the presence of NH4+ + water deficit. In this same bromeliad, a malate transporter gene, ALMT9, showed its highest expression in the apical portion of the leaves and the highest proton transport rates into the vacuole by ATPase. Soluble sugars and antioxidant enzymes activities were also verified in this study in order to observe their influence on increasing the drought tolerance of G. monostachia. In the leaves kept in NH4+ + water deficit the highest antioxidant activities and accumulation of soluble sugars were observed, this suggests that this inorganic nitrogen source seems to increase the drought tolerance by osmotic adjustment and limitation of oxidative damage. These factors can favor the increase of CAM intensity in the leaves kept under NH4+ + water deficiency. Another explanation for why the highest CAM intensity was observed in the apical portion of the leaves kept in NH4+ + water deficiency is because of the higher expression of aquaporin genes in the basal and middle regions of the leaves in the presence of this N source, mainly GmPIP and GmTIP, which might be responsible for transporting water from the basal and middle portions to the apical portion where these AQP genes are repressed. The fact that the highest water content is conserved in the apical portion might help to explain the increase in the intensity of CAM photosynthesis observed in the leaves of G. monostachia kept in the presence of NH4+ + water deficit