Caracterização fisiológica, bioquímica e molecular da germinação de sementes de mamona (Ricinus communis L.) sob estresses salino e osmótico - Cunha, Diego da Silva (2023)
Ricinus communis L. (Euphorbiaceae) é uma espécie vegetal industrial, conhecida como mamona, a qual se destaca no cenário nacional e internacional pelo óleo produzido em suas sementes, e amplamente demandado pela chamada indústria ricinoquímica e de biocombustíveis. Além dos múltiplos usos comerciais e industriais, possui importância socioeconômica nas regiões semiáridas do Brasil, dentre outras localidades do mundo. Contudo, regiões semiáridas apresentam condições ambientais adversas de estresses abióticos, envolvendo baixa precipitação em períodos curtos de chuva e solos salinos, geralmente associados a temperaturas elevadas. As condições de restrição hídrica (seca) e salinidade são fatores que limitam a absorção de água e promovem subsequente estresse oxidativo resultante da geração de espécies reativas de oxigênio (ERO), tais como o ânion superóxido (O2 •- ), radical hidroperoxila (HO2 - ), radical hidroxila (OH- ), peróxido de hidrogênio (H2O2) e oxigênio singleto, (·O2), os quais em concentrações elevadas podem comprometer o metabolismo dos processos germinativos, e de crescimento e desenvolvimento de plântulas e plantas adultas, comprometendo a produtividade, podendo também ocasionar a morte das plantas. Os estádios de embebição e germinação das sementes e crescimento inicial de plântulas (mudas) constitui a fase mais crítica do ciclo de vida das plantas superiores durante os quais a disponibilidade hídrica é essencial. Ao passo que tem sido relatada a atividade de enzimas removedoras de ERO sob condições de restrição hídrica, tais como as enzimas superóxido dismutase (SOD), ascorbato peroxidase (APX), catalase (CAT) dentre outras, as quais atuam como eficientes mecanismos de desintoxicação de ERO, e que podem constituir marcadores moleculares para a elucidação de sobrevivência ou tolerância atrelados ao metabolismo germinativo e de crescimento de plântulas sob restrição hídrica. Diante disso, a presente proposta vislumbra a melhor compreensão acerca dos mecanismos envolvidos na resposta da mamona aos estresses abióticos por restrição hídrica e estresse salino a nível fisiológico, relacionados a enzimas antioxidantes por estudos bioquímicos e moleculares. Foi desenvolvida uma REVISÃO DE LITERATURA onde foi identificado estudos sobre os avanços em pesquisas relacionadas ao cultivo de mamona sob estresses abióticos por restrição hídrica e estresse salino, germinação e estádios iniciais de desenvolvimento de plântulas e enzimas antioxidantes, destacando as enzimas superóxido dismutase (SOD), ascorbato peroxidase (APX) e catalase (CAT). No CAPÍTULO 1 realizamos a caracterização biométrica de duas cultivares de R. communis (BRS Nordestina e BRS Paraguaçu), notamos que as sementes da Cultivar BRS Paraguaçu são maiores que as BRS Nordestina, o que pode estar relacionado com a maior absorção de água observada para as sementes dessa cultivar. Através dos estudos de embebição em restrição hídrica (PEG) e salina (NaCl) observamos que existe uma diferença na capacidade de restrição hídrica para essas duas soluções no mesmo potencial osmótico, onde para a embebição por PEG a -0.23 MPa houve uma drástica diminuição na absorção de água, inibindo o ciclo celular e o processo de germinação enquanto na embebição por NaCl ocorreu apenas um leve atraso na absorção de água comparado ao controle. A embebição em potenciais leves de NaCl (-0.23 MPa) pode estimular uma maior atividade da enzima antioxidante SOD, enquanto para a embebição em PEG devido a severa restrição hídrica a atividade da enzima SOD foi menor que o controle. No CAPÍTULO 2 realizamos a caracterização da família de genes que codificam para a enzima Ascorbato peroxidase (APX) em mamona, foram encontrados 6 genes putativos RcAPX, através de análise filogenética identificamos os genes ortólogos em outras angiospermas onde classificamos os genes APX de acordo a localização intracelular (Citosol, plastídeo e peroxissomos). Observamos que os genes RcAPX possuem grande número de éxons/íntrons além de compartilharem motifs conservados. Foi observado um aumento da atividade total da enzima APX a partir de 48 h de embebição (pós-germinativo) em água (controle) e em NaCl -0.23 MPa (restrição osmótica salina) em ambas as cultivares avaliadas (Nordestina e Paraguaçu), enquanto a embebição em solução de PEG -0.23 MPa (restrição osmótica inerte) reprimiu a atividade da APX. No CAPÍTULO 3 caracterizamos a família de gene Catalase (CAT), identificamos 2 genes putativos RcCAT preditos para a localização intracelular peroxissomo, a partir de comparação filogenética encontramos genes ortólogos em outras angiospermas onde observamos a classificação em três grupos. Encontramos diferenças na estrutura do gene e na ordem de motifs para o gene RCAT2 comparado aos genes CAT de angiosperma. Através da análise de elementos regulatórios na região promotora destes genes identificamos possíveis formas de regulação relacionadas a estresses bióticos e abióticos, assim como hormônios vegetais como ABA. Por fim, a atividade enzimática da catalase demonstrou ser modulada de acordo com o tempo de desenvolvimento, estresse durante a germinação e cultivar. Os resultados contribuem para o melhor entendimento dos efeitos dos estresses por restrição hídrica e salina em mamona, além de contribuir para caracterização de família de genes que codificam para enzimas antioxidantes importantes nas respostas das sementes a condições de estresses abióticos.