Mudanças no perfil metabólico de Guzmania monostachia (Bromeliaceae) resultantes do estresse hídrico e cultivo em nitrato como fonte única de nitrogênio

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Silva, Marcos Marchesi da
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Bromélia epífita; CAM photosynthesis; Epiphytic bromeliads; Estresse hídrico; Fotossíntese CAM; Water stress
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/41/41132/tde-06042022-135250/

Durante o desenvolvimento das bromélias epífitas, em seu ambiente natural, elas podem ser expostas a vários estresses ambientais. Entre os tipos de estresses abióticos, o hídrico é um dos mais severos, podendo afetar principalmente as epífitas que normalmente não estão em contato direto com o solo. Ao longo da evolução, surgiram e foram selecionados mecanismos morfo-fisiológicos específicos que permitiram a essas plantas adaptarem-se e sobreviverem a eventos de escassez hídrica intermitentes. A bromélia Guzmania monostachia (L.) Rusby ex Mez. é uma planta epífita com tanque que possui facultatividade em relação à sua fotossíntese, podendo variar de C3 para CAM dependendo das condições ambientais. Além disso, suas folhas apresentam regiões com funcionalidades bem distintas: a porção apical tem funções mais relacionadas à fotossíntese enquanto a porção basal absorve nutrientes. Em estudos anteriores, foi averiguado que a fonte de N pode afetar a indução do CAM quando as plantas estão submetidas à escassez hídrica. Observou-se que a forma amoniacal aumentou a expressão do CAM, enquanto a nítrica reduziu. Em decorrência desse intrigante resultado de inibição do CAM pela nutrição com nitrato, surgiram novos questionamentos para a realização do presente estudo: qual seria o modo de ação do nitrato combinado à escassez hídrica sobre a fotossíntese CAM? Estaria a absorção de nitrato influenciando a absorção de outros nutrientes (p.ex., potássio) quando a planta está sujeita à limitação hídrica, fazendo com que houvesse mudanças no perfil metabólico e status hídrico das folhas? Foi descrito para algumas espécies que a absorção de nitrato pode estar associada com a de potássio, auxiliando o equilíbrio de cargas dentro da célula, também regulando a expressão de genes transportadores de K+. Logo, hipotetizamos no presente estudo que G. monostachia que recebessem maiores concentrações de NO3- no tanque teriam incrementos significativos de potássio endógeno. A absorção conjunta desses nutrientes permitiria o ajuste osmótico das plantas, acarretando a redução do potencial hídrico e favorecendo a absorção de água a partir do tanque ou sua manutenção no interior das células foliares. Assim, como consequência de um melhor status hídrico, mesmo após a aplicação de sete dias de escassez de água, haveria um atraso ou até mesmo inibição da passagem do metabolismo C3 para o CAM. Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivos (1) caracterizar as mudanças no perfil metabólico e no status hídrico das folhas, comparando-se as porções apical e basal de plantas de G. monostachia que foram cultivadas na presença de nitrato previamente à aplicação do estresse hídrico; e (2) compreender o efeito do nitrato sobre a modulação do CAM nos ápices foliares. Para tanto, as plantas foram cultivas em câmara de crescimento com condições ambientais controladas sendo apenas regadas diariamente com água destilada nos tanques durante o período de aclimatação (30 dias). Após isso, as plantas receberam nitrato compreendendo dois tratamentos (0,05 ou 2,5mM de N total na forma de nitrato). Ao final de 30 dias, as bromélias foram submetidas à restrição hídrica durante sete dias, esvaziando-se seus tanques. Os resultados demonstraram que houve mudanças significativas no perfil metabólico das plantas cultivadas com 2,5mM de N total na forma de nitrato sob estresse hídrico, resultando em bases foliares com maior conteúdo relativo de água e maior acúmulo dos nutrientes K+ e Ca2+. Por outro lado, os ápices sob essa mesma condição apresentaram diminuição do seu potencial osmótico, menor conteúdo relativo de água e maior acúmulo de NH4. O estresse hídrico induziu também aumento significativo na concentração de malato e houve uma forte tendência de acúmulo noturno de ácidos orgânicos, principalmente nos ápices das folhas cultivadas na maior concentração de N, sugerindo que as folhas mudaram sua fotossíntese de C3 para CAM. A maior concentração oferecida de nitrato em restrição hídrica proporcionou um menor transporte de água da base foliar para o ápice, possivelmente pela maior lignificação e/ou suberização das paredes celulares (via apoplástica), diminuindo assim o potencial osmótico do ápice foliar. Ao mesmo tempo, a deficiência hídrica pode ter ativado o canal de membrana responsivo à seca (OSCA1), responsável pelo aumento da absorção de Ca2+ na base foliar. Uma maior quantidade de Ca2+ citosólico pode ter levado a uma regulação positiva do complexo protéico CBL/CIPK, aumentando assim a absorção de outros nutrientes, como o K+, por meio da indução de transportadores de alta afinidade desse nutriente (HAK5). O K+, por sua vez, pode ter funcionado como um osmólito, ajudando na retenção da água nos tecidos basais foliares. Assim, observamos nesta pesquisa que o status hídrico e o perfil metabólico de G. monostachia podem ser modulados pela absorção do nitrato, interferindo na passagem da fotossíntese C3 para CAM sob efeito da deficiência hídrica. Mudanças no perfil metabólico de Guzmania monostachia (Bromeliaceae) resultantes do estresse hídrico e cultivo em nitrato como fonte única de nitrogênio