Participação da via de sinalização mediada pela proteína DCD/NRP na morte celular em soja induzida por cádmio e infecção pelo fungo Phakopsora pachyrhizi - Quadros, Iana Pedro da Silva (2021)
Mudanças ambientais e condições extremas, como variações de temperatura, seca e salinidade, além de estresses bióticos, afetam adversamente o crescimento das plantas e causam grande perda de produtividade para as culturas agrícolas em todo o mundo. Entretanto, as plantas desenvolveram várias estratégias para tolerar esses fatores como mecanismos sofisticados de percepção de estresses, sinalização e respostas de defesa. A via de sinalização de morte celular mediada por DCD/NRPs (Development and Cell Death Domain-containing N-Rich Proteins) tem sido caracterizada em resposta a estresses abióticos, durante senescência foliar natural e em interações incompatíveis. Estes processos biológicos resultam em morte celular programada. O objetivo dessa pesquisa foi verificar a atuação da via de sinalização mediada por DCD/NRPs em resposta ao cádmio (Cd 2+ ), que promove morte celular, e estresse biótico causado pelo fungo Phakopsora pachyrhizi. No capítulo I, foi demonstrado que Cd 2+ limita o crescimento da planta, causa intensa vermelhidão na nervura da folha, amarelecimento da folha e clorose na soja (Glycine max). Esses sintomas foram associados à morte celular programada (PCD) induzida por Cd 2+ , dado que folhas de soja estressadas por Cd 2+ exibiram número reduzido de núcleos, morte celular, dano ao DNA e atividade da caspase-1 aumentados em comparação com folhas não estressadas. Consistente com estas observações, Cd 2+ causou indução dos genes NRPs, GmNAC81, GmNAC30 e VPE, que são os componentes da sinalização de morte celular mediados por DCD/NRP, que executam PCD via atividade de caspase-1 de VPE (Vacuolar Processing Enzyme). Além disso, a superexpressão do regulador positivo desta sinalização de morte celular, GmNAC81, aumentou a sensibilidade ao estresse de Cd 2+ e intensificou as marcas de PCD mediada por Cd 2+ . A superexpressão de GmNAC81 aumentou a produção de H 2 O 2 induzida por Cd 2+ , morte celular, dano ao DNA e expressão de VPE. Por outro lado, a superexpressão de BiP, um regulador negativo do módulo de sinalização NRPs/GmNACs/VPE, conferiu tolerância ao estresse de Cd 2+ e redução da morte celular mediada por Cd 2+ . O segundo capítulo focalizou na interação entre o fungo biotrófico Phakopsora pachyrhizi e soja. Esforços de triagem em germoplasmas de sojas levaram à identificação de várias fontes de resistência a P. pachyrhizi mediada por genes Rpp. Entretanto, a caracterização dos efetores ou outros determinantes que contribuem para o reconhecimento dos isolados de P. pachyrhizi em soja não foi completamente elucidada. Neste estudo, também foi investigado se a via DCD/NRP poderia estar envolvida em interações compatíveis e incompatíveis durante a infecção com P. pachyrhizi em plantas de soja suscetíveis, BR16 e Conquista, e resistentes, BRS511 e TMG7262. Após 72 h da inoculação, a expressão dos componentes da via foi induzida nas linhagens suscetíveis BR16 e conquista e na linhagem resistente TGM7262 embora em extensões diferentes. Significantemente, a expressão dos componentes da via de morte celular em condições normais foi muito superior na linhagem resistente TGM7262, resultando em altíssima expressão de VPE, um componente importante de HR. Estes resultados sugerem que a via DCD/NRP de morte celular é ativada durante a infecção com o fungo. A fim de avaliar o envolvimento de VPE nos mecanismos de resistência, a expressão de VPE foi constitutivamente aumentada na linhagem suscetível BR16 através de superexpressão do gene GmNAC081. A superexpressão constitutiva de GmNAC081 alterou o fenótipo de suscetibilidade, sendo que as plantas transgênicas infectadas apresentaram menor número de urédias abertas e amarelecimento menos intenso das folhas ao longo da infecção, quando comparadas com BR16 não transformada. Estes resultados sugerem que a expressão aumentada de VPE pode retardar o processo de infecção pelo fungo P. pachyrhizi em soja. Entretanto, a superexpressão de um regulador negativo da via DCD/NRP, BiP, não inibiu a indução dos componentes da via DCD/NRP durante a infecção. A expressão de VPE em plantas superexpressando GmBiPD foi induzida em todos os tempos analisados após a inoculação e as plantas apresentam maior severidade de infecção, com maior número de urédias abertas e um amarelecimento acentuado do tecido. Sendo a via de sinalização de morte celular mediada por DCD/NRP induzida pelos hormônios ácido abscísico (ABA) e ácido salicílico (AS), foi também investigado o acúmulo desses hormônios em plantas infectadas. Observou-se que plantas superexpressando BiP acumularam um nível superior dos hormônios ABA e AS do que as plantas controle conquista. Provavelmente, o acúmulo acentuado de ABA e AS nas linhagens transgênicas superaram o efeito negativo de BiP na indução da via DCD/NRP. Coletivamente, estes resultados sugerem que a via de morte celular mediada por DCD/NRPs integra uma resposta coordenada a diversos sinais de estresses, portanto, sua manipulação possui o potencial para melhorar a tolerância da cultura a estresses bióticos e abióticos. Palavras-chave: Sinalização celular. Proteínas ricas em asparagina. Cd. Fungo. Morte celular. Morte celular mediada por NRP. Soja. Proteína de ligação. BiP. Enzima de processamento vacuolar. VPE.