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Título: Efeitos do chumbo em cultivares de Vigna unguiculata L. Walp: abordagem bioquímica, fisiológica e molecular
Título em inglês: The effects of lead in cultivars of Vigna unguiculata L. Walp: biochemical approach, physiological and molecular
Autor(es): Fontenele, Nila Maria Bezerril
Orientador(es): Melo, Dirce Fernandes de
Palavras-chave: Chumbo
Vigna unguiculata
Enzimas antioxidantes
Lead
Vigna unguiculata
Antioxidants enzymes
Antioxidantes
Enzimas
Data do documento: 2015
Citação: FONTELE, N. M. B. (2015)
Resumo: O chumbo (Pb) é um dos poluentes antropogênicos mais tóxicos de ocorrência generalizada em ambos os ecossistemas terrestres e aquáticos. A fitotoxicidade do chumbo é um fenômeno complexo que envolve mudanças no desenvolvimento, bem como nos mecanismos fisiológicos, bioquímicos e moleculares, de acordo com as diferentes estratégias de sobrevivência das plantas. É bem conhecido que os metais pesados aceleram a produção de espécies reativas de oxigénio (EROs) e que podem provocar mudanças na concentração das enzimas antioxidantes. O objetivo desse trabalho foi investigar o efeito do Pb no crescimento, fisiologia, absorção e translocação de Pb, a atividade e expressão gênica das enzimas antioxidantes em "Sempre Verde" (SV) e "Setentão" (SET), cultivares de Vigna unguiculata. As sementes foram germinadas em vermiculita e, após sete dias, as plântulas foram transferidas para solução de Hoagland. Depois de sete dias em um sistema hidropônico as plantas foram suplementadas ou não com EDTA-Pb 0,5 mM. Os parâmetros fisiológicos foram medidos através de um analisador de gás infravermelho. O conteúdo de Pb nas raízes e na parte aérea foi medido por ICP OES. As atividades das enzimas catalase (CAT, EC 1.11.1.6), ascorbato peroxidase (APX, EC 1.11.1.1) e superóxido dismutase (SOD, EC 1.15.1.1) foram determinadas. A expressão dos genes da CAT (VuCAT 1 e 2), da APX (VuAPX 1 a 6) e da SOD (VuSOD Cu/Zn 1 a 3, VuSODMn1, VuSODCu/Chap1, VuSODFe 1 a 3), foi avaliada por RTqPCR utilizando iniciadores específicos. O RNA total foi extraído a partir das raízes e das folhas nas plantas controle e tratadas. Os resultados revelaram que as áreas foliares diminuíram 60 (SV) e 88% (SET). A inibição da fotossíntese líquida foi 40 (SV) e 72% (SET). Os cultivares apresentaram diferenças na acumulação e distribuição de Pb, bem como nas atividades enzimáticas. SV apresentou mais Pb nas raízes do que nas folhas ao contrário de SET que acumula mais Pb nas folhas do que nas raízes. A atividade das enzimas antioxidantes CAT, APX e SOD foram estimuladas no cultivar SET independentemente do tecido. No entanto, a atividade da CAT em raízes do cultivar SV não sofreu modificação e a atividade da SOD em folhas, do mesmo cultivar, foi inibida, sendo as demais atividades em SV estimuladas. O aumento das atividades das enzimas em raízes e folhas de SV e SET estão de acordo com suas expressões gênicas. Os genes CAT 1 e 2 foram diferentemente expressos nas folhas e nas raízes de SV e SET. A expressão relativa da família multigênica da APX em raízes e folhas nesses cultivares foi parcialmente distinta. Da mesma forma os genes da SOD em folhas apresentaram um perfil parcialmente distinto nos dois cultivares. Ao contrário, a expressão relativa dos genes da SOD nas raízes de SV e de SET foi completamente diferente. Analisados em conjunto, os dois cultivares de Vigna unguiculata apresentaram um comportamento diferente em relação a tolerância, acumulação, e desintoxicação do Pb. Estes resultados sugerem que o Pb induz estresse oxidativo nos cultivares SV e SET e que a elevada atividade das enzimas antioxidantes poderia servir como um importante componente de defesa contra os danos provocados pelo Pb, sendo SV mais tolerante a esse estresse do que SET.
Abstract: Lead (Pb) is one of the most toxic anthropogenic pollutants of widespread occurrence in both terrestrial and aquatic ecosystems. The phytotoxicity of lead is a complex phenomenon that involves changes in development as well as in physiological, biochemical and molecular mechanisms according to different plant survival strategies. It is well known that heavy metals accelerate the production of reactive oxygen species (ROS) which can lead to changes in the concentration of antioxidant enzymes. The aim of this study was to investigate the effect of Pb on growth, physiology, absorption and translocation of Pb, activity and gene expression of antioxidant enzymes in "Sempre Verde" (SV) and "Setentão" (SET), Vigna unguiculata cultivars. The seeds were germinated in vermiculite and, after seven days, the seedlings were transferred to Hoagland solution. After seven days in a hydroponic system the plants were supplemented with EDTA-Pb 0.5 mM. Physiological parameters were measured using an infrared gas analyzer. The Pb content in roots and shoots was measured by ICP OES. The activities of catalase (CAT, EC 1.11.1.6), ascorbate peroxidase (APX, EC 1.11.1.1) and superoxide dismutase (SOD, EC 1.15.1.1) was determined. The expression of the CAT gene (VuCAT 1 and 2), the APX (VuAPX 1 to 6) and SOD (VuSOD Cu / Zn 1 to 3, VuSODMn1, VuSODCu / chap1, VuSODFe 1 to 3) was evaluated by RT- qPCR using specific primers. Total RNA was extracted from the roots and leaves of control plants and treated. The results showed that the leaf areas were reduced by 60 (SV) and 88% (SET). The inhibition of net photosynthesis was 40 (SV) and 72% (SET). The cultivars showed differences in the accumulation and distribution of Pb, as well as in enzyme activity. SV had more Pb in roots than in leaves unlike SET that accumulates more Pb in leaves than in roots. The activity of the antioxidant enzymes CAT, APX and SOD was enhanced in SET, regardless of the tissue. In SV roots, on the other hand, the CAT activity was not modified whereas in SV leaves the SOD activity underwent an inhibition. All the remaining antioxidant activities in SV were stimulated. The CAT 1 and 2 genes were differently expressed in leaves and roots of SV and SET. The relative expression of the APX multigene family in leaves and roots in these cultivars was partially distinct. Likewise genes SOD in leaves showed a partially distinct profile in the two cultivars. Rather, the relative expression of SOD genes in the roots and SV SET is completely different. Taken together, the two Vigna unguiculata cultivars showed a different behavior towards tolerance, accumulation and detoxification of Pb. These results suggest that Pb induces oxidative stress in SV and SET cultivars and that the high activity of antioxidant enzymes could serve as an important component of defense against the damage caused by Pb, and SV more tolerant to stress than SET.
Descrição: FONTENELE, Nila Maria Bezerril. Efeitos do chumbo em cultivares de Vigna unguiculata L. Walp: abordagem bioquímica, fisiológica e molecular. 2015. 145 f. Tese (Doutorado em Bioquímica)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/19442
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