Modificações bioquímicas e moleculares ajustam o uso da energia da luz em plantas de Guzmania monostachia induzidas ao CAM por deficiência hídrica

• Autor(a) principal: Pikart, Filipe Christian
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/41/41132/tde-13022020-113901/
• topic: Ácido málico; CAM; CAM; Fotossíntese; Malic acid; PEPCK; PEPCK; Photosynthesis; PSII; PSII; Thylakoid; Tilacoide

A fotossíntese consiste na absorção da energia proveniente da radiação solar resultando na síntese de NADPH e ATP, os quais são utilizados na fixação do CO2 com a consequente formação de carboidratos. Em condições de estresse, pode ocorrer redução na fixação de carbono devido ao fechamento dos estômatos, como também, uma alteração na capacidade de absorção e uso da luz, adequando o metabolismo à nova condição ambiental. O ambiente epifítico é caracterizado por uma disponibilidade reduzida de água e nutrientes, devido à falta de acesso à água e aos nutrientes presentes no solo. O suprimento hídrico acaba dependendo do regime de chuvas, expondo as plantas a uma seca intermitente. Algumas espécies respondem ao déficit hídrico com a indução do metabolismo ácido das crassuláceas (CAM), contribuindo para a manutenção de um balanço positivo do carbono e para uma economia hídrica. Esse metabolismo é caracterizado pela carboxilação noturna e formação de ácidos orgânicos e pela descarboxilação desses ácidos durante o dia. Estudos sugerem uma modulação do uso da energia pelo fotossistema II (PSII) em plantas CAM por meio da disponibilização do CO2, o qual é fornecido via reação de descarboxilação. Dessa forma, momentos com alta atividade de descarboxilação coincidiriam com um maior uso fotoquímico da energia pelo PSII. Um exemplo de espécie que ocupa o ambiente epifítico e que, em resposta ao déficit hídrico, apresenta indução ao CAM e uma regulação negativa na sua capacidade de absorção da luz é a bromélia Guzmania monostachia. Para avaliar a influência da CO2 proveniente da descarboxilação sobre o uso fotoquímico da energia pelo PSII e investigar possíveis modulações na composição e organização das proteínas do tilacoide com a indução do CAM, plantas de G. monostachia foram submetidas a 20 dias de seca e foram avaliados os seguintes parâmetros: 1) atividade da enzima PEPCK e expressão do gene que codifica para essa proteína, 2) eficiência quântica e dissipação não fotoquímica do PSII, 3) conteúdo de ácidos, 4) trocas gasosas, 5) organização dos complexos proteicos do tilacoide e abundância de proteínas do PSII, 6) proporção de clorofilas e carotenoides e 7) expressão de genes envolvidos em mecanismos de regulação transcricional de proteínas dos fotossistemas. Foi observada uma regulação pós-traducional e sugerida uma regulação transcricional da PEPCK que possivelmente resultou em uma maior atividade de descarboxilação às 12:00h. Essa maior atividade coincidiu com o mesmo momento em que houve um maior uso fotoquímico da energia pelo PSII e menor dissipação não fotoquímica. Esse resultado indica fortemente a influência da disponibilidade de CO2, pela descarboxilação dos ácidos, sobre o uso da energia pelo PSII já que não havia assimilação de CO2 atmosférico. Adicionalmente, os resultados indicaram uma maior expressão, principalmente às 12:00h, de genes que codificam para cinases responsáveis pela fosforilação de proteínas do tilacoide. Uma maior fosforilação dessas proteínas pode causar uma mudança na disposição das membranas do tilacoide, o que poderia facilitar o transporte linear de elétrons, favorecendo a fixação de CO2 em plantas CAM no momento de sua maior disponibilidade. Os resultados também mostraram uma redução na proporção de proteínas do PSII/PSI após 20 dias de seca. Sendo assim, a indução do CAM por déficit hídrico parece ser acompanhada por modificações bioquímicas e moleculares que ajustam a absorção e o uso da energia, auxiliando a sobrevivência de G. monostachia no ambiente epifítico, o qual está sujeito a períodos de seca intermitentes