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Type: Tese
Title: Análise fisiológica, bioquímica e proteômica das respostas ao estresse salino em plantas enxertadas de cajueiro anão precoce (Anacardium occidentale l.)
Title in English: Physiological, biochemical and proteomic analysis of salt stress responses in grafted dwarf cashew plants (Anacardium occidentale l.)
Authors: Amaral, Nathália Dias de Oliveira
Advisor: Gomes Filho, Enéas
Co-advisor: Bezerra, Marlos Alves
Keywords in Brazilian Portuguese : Anacardium occidentale L;Enxertia;Estresse salino;Proteômica;Tolerância à salinidade
Keywords in English : Anacardium occidentale L.;Grafting;Salt stress;Proteomic;Salt tolerance
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::AGRONOMIA
Issue Date: 2016
Citation: AMARAL, Nathalia Dias de Oliveira. Análise fisiológica, bioquímica e proteômica das respostas ao estresse salino em plantas enxertadas de cajueiro anão precoce (Anacardium occidentale l.). 2024. 142 f. Tese (Doutorado em Agronomia/Fitotecnia) – Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016.
Abstract in Brazilian Portuguese: O presente trabalho teve por objetivo estudar respostas fisiológicas e bioquímicas e elaborar um perfil proteico de folhas de plantas de cajueiro anão precoce (Anacardium occidentale L.) submetidas a estresse salino. Foram utilizadas quatro combinações enxerto/porta-enxerto (CCP 06/CCP 06, CCP 06/BRS 265, BRS 265/CCP 06 e BRS 265/BRS 265), cujas mudas enxertadas foram cultivadas por um período de 60 dias em vasos plásticos furados na base, contendo 7 L de solo. Os tratamentos consistiram de um controle (água destilada) e soluções salinas com condutividade elétrica (CEa) de 2,0 e 4,0 dS m-1. Os efeitos do estresse salino foram avaliados por meio de variáveis fisiológicas (medidas de crescimento, trocas gasosas, teor relativo de água, teor relativo de clorofila e fluorescência da clorofila a) e bioquímicas (enzimas antioxidantes em folhas e raízes, acúmulo de íons e solutos orgânicos em folhas, caules e raízes e padrão de expressão proteica foliar), bem como da identificação e caracterização das proteínas relacionadas às respostas a esse estresse abiótico. De modo geral, para as medidas de crescimento (diâmetro do enxerto e do porta-enxerto, comprimento do caule e da raiz, número de folhas, área foliar, teor relativo de água e massa fresca e seca das folhas, dos caules e das raízes), as plantas que sofreram menores e maiores reduções em seu desenvolvimento foram as combinações BRS 265/CCP 06 e CCP06/CCP06, respectivamente. O estresse salino reduziu significativamente o teor relativo de clorofila em todas as combinações, sendo esse efeito mais evidente nas combinações CCP 06/CCP 06 e CCP 06/BRS 265, a 4,0 dS m-1. Já entre as enxertias, os maiores valores foram detectados na combinação BRS 265/CCP 06. Esses resultados correlacionaram-se com as maiores reduções, causadas pela salinidade, na fotossíntese líquida, na transpiração, na condutância estomática e na eficiência de carboxilação da rubisco, da combinação CCP 06/CCP 06, e com as menores reduções, observadas na combinação BRS 265/CCP 06. A eficiência quântica do fotossistema II foi reduzida pela salinidade a 4,0 dS m-1, em todas as combinações de enxertia, quando comparadas aos tratamentos controle; em termos absolutos, os maiores valores dessa variável foram registrados nas plantas BRS 265/CCP 06, tendo havido correlação com o melhor desempenho fotossintético e crescimento das plantas desse tratamento sob salinidade. A atividade da dismutase do superóxido (SOD) nas folhas pouco variou, em decorrência dos tratamentos. Já nas raízes, a salinidade reduziu drasticamente a atividade da SOD, especialmente a 4,0 dS m-1, mas esse efeito foi menos evidente nas plantas das enxertias BRS 265/CCP 06 e BRS 265/BRS 265. A atividade da peroxidase do ascorbato (APX) nas folhas foi reduzida pela salinidade em todas as combinações de enxertia, e BRS 265/CCP 06 e BRS 265/BRS 265 foram as plantas que apresentaram maior atividade dessa enzima. Nas raízes, houve uma resposta similar quanto à salinidade, à exceção da combinação BRS 265/BRS 265, em que a atividade da APX aumentou sob estresse. A atividade da peroxidase do guaiacol (GPX) só foi detectada nas raízes, em que ela aumentou em todas as plantas, com a salinidade, exceto em BRS 265/BRS 265, em que houve redução. Os teores de Cl- aumentaram com o incremento dos sais na água de irrigação, independente do órgão analisado e da combinação de enxertia. Em relação aos tratamentos de enxertia foram detectadas alterações significativas desse íon apenas nas folhas das plantas expostas a 4,0 dS m-1, sendo os maiores valores registrados na combinação CCP 06/CCP 06. Os teores de K+ apresentaram variações significativas em função de todos os tratamentos analisados, exceto nas folhas da combinação BRS 265/BRS 265. Plantas BRS 265/CCP 06 foram as únicas que tiveram os teores de K+ reduzidos significativamente, tanto a 2,0, quanto a 4,0 dS m-1. As combinações CCP 06/CCP 06 e CCP 06/BRS 265 apresentaram incrementos de 35 e 84%, respectivamente, a 4,0 dS m-1, em comparação aos controles. Caules e raízes de todas as combinações de enxertia apresentaram reduções nos teores deste íon, independentemente do estresse salino. Sob estresse salino, os teores de Na+ aumentaram em todos os órgãos analisados, independentemente do tipo de enxertia. A combinação de enxertia teve efeito significativo nas folhas a 4,0 dS m-1, em que houve aumentos de 248, 269 e 456% nas enxertias BRS 265/BRS 265, BRS 265/CCP 06 e CCP 06/BRS 265, respectivamente. Já as plantas CCP 06/CCP 06 apresentaram incrementos de 650%, em relação ao controle. Na relação Na+/K+, plantas CCP 06/CCP 06 e CCP 06/BRS 265 tiveram aumentos similares a 2,0 e 4,0 dS m-1, nas folhas, enquanto que as BRS 265/CCP 06 e BRS 265/BRS 265 aumentaram com o incremento da CEa. Nos caules, esta relação aumentou drasticamente com a salinidade, onde plantas BRS 265/CCP 06 a 4,0 dS m-1 apresentaram valores 350% maiores que os do controle. Já nas raízes, os menores valores, a 4,0 dS m-1, foram observados nas plantas BRS 265/CCP 06, sugerindo uma compartimentação preferencial de Na+ nos caules em relação aos demais órgãos. De modo geral, os teores de carboidratos ou se mantiveram inalterados, ou foram reduzidos pela salinidade, nos três órgãos da planta. Os teores de prolina e de N-aminossolúveis nas folhas e nos caules, por sua vez, aumentaram fortemente com a salinidade, especialmente a 4,0 dS m-1 e nas combinações BRS 265/CCP 06 e BRS 265/BRS 265. Nas raízes, as variações nesses teores dependeram da combinação de enxertia; os teores de prolina aumentaram apenas nas combinações CCP 06/BRS 265 e BRS 265/CCP 06, ao passo que os de N-aminossolúveis, apenas nas plantas CCP 06/CCP 06 e BRS 265/CCP 06. A salinidade causou aumentos e diminuições nas taxas de expressão de várias proteínas, sendo que algumas desapareceram completamente e outras foram aparentemente sintetizadas de novo nas plantas estressadas. No total, foram observados 347 spots com modulação diferencial (índice de variação igual ou superior a 1,4 vezes), e o maior número de aumentos e síntese de novo ocorreu nas plantas BRS 265/CCP 06 e BRS 265/BRS 265. Na espectrometria de massas, em que 151 spots foram analisados, foi possível a identificação de 128 proteínas (85%), enquanto que 23 polipeptídeos (15%) não foram encontradas nos bancos de dados consultados. Das proteínas identificadas, 27,3% estão envolvidas com o metabolismo fotossintético; 25,0%, com o metabolismo energético/reserva; 13,3%, com as respostas a estresses; 10,2%, com o metabolismo dos carboidratos; 7,0%, com o metabolismo secundário; 7,0%, com o metabolismo dos aminoácidos; 5,5%, com o metabolismo energético; 3,1%, com o metabolismo antioxidativo e 1,6%, relacionado à parte estrutural. Este trabalho mostra o valor do uso combinado de estudos fisiológicos e bioquímicos associados à análise proteômica, onde uma melhor relação de evidências é obtida, e uma avaliação mais clara dos mecanismos de aclimatação/tolerância pode ser realizada. Entre as combinações de enxertia estudadas, a que se mostrou mais tolerante aos sais foi a BRS 265/CCP 06, enquanto a menos tolerante foi a CCP 06/CCP 06.
Abstract: This study aimed to investigate the physiological and biochemical responses and elaborate a protein profile of leaves of dwarf cashew plants (Anacardium occidentale L.) subjected to salt stress. Four scion/rootstock combinations (CCP 06/CCP 06, CCP 06/BRS 265, BRS 265/CCP 06 and BRS 265/BRS 265) were grown in plastic pots with 7.0 L of soil. The plants were irrigated by using water with electric conductivity (ECw) of 0.8 (control), 2.0 and 4.0 dS m-1. After 60 days of treatment, we analyzed the variables of growth (leaf area, dry mass, and scion and rootstock diameter), physiologic (gas exchange, water relative content, SPAD index and chlorophyll fluorescence) and biochemical (antioxidant enzymes, organic and inorganic solutes, and leaf protein profile), as well as identified e characterized the salt-stress responsive proteins. In general, the data clearly showed that BRS 265/CCP 06 plants were less affected by salinity, whereas CCP 06/CCP 06 plants were the most injured by salt stress. Salinity significantly decreased the chlorophyll relative content in all scion/rootstocks combinations, with the more conspicuous effects at 4.0 dS m-1 in CCP 06/CCP 06 and CCP 06/BRS 265 plants. In addition, the highest chlorophyll content values were detected in the BRS 265/CCP 06 plants. The higher and lower salt tolerance of BRS 265/CCP 06 and CCP 06/CCP 06, respectively, was correlated with alterations in the photosynthesis, transpiration, stomatal conductance and Rubisco carboxylation efficiency. The photosystem II quantic efficiency was reduced by 4.0 dS m-1 salinity, irrespective of scion/rootstock treatment, as compared to control. Under salinity, a better performance of photosystem II was found in BRS 265/CCP 06 plants which was concordant with the better photosynthetic and growth rates. The leaf superoxide dismutase (SOD) activity was little altered by studied treatments. On the other hand, in roots, salt stress severely decreased the SOD activity, especially at 4.0 dS m-1, it being less evident in the BRS 265/CCP 06 and BRS 265/BRS 265 combinations. The activity of ascorbate peroxidase (APX) in the leaves was significantly reduced by salinity in different scion/rootstocks treatments; however, under irrigation with saline water, the biggest APX activity was registered in the plants BRS 265/CCP 06 and BRS 265/BRS 265. In roots, a similar response was observed, except for salt-stressed BRS 265/BRS 265 plants, which showed APX activity higher than the control. Interestingly, guaiacol peroxidase (GPX) activity was detected only in roots and it was improved by salinity, except for BRS 265/BRS 265 plants. The Cl- content improved by increasing the salts in the water irrigation, regardless the plant organ and scion/rootstock combination. At 4.0 dS m-1, CCP 06/CCP 06 plants exhibited a massive accumulation of Cl- in the leaves, showing the highest values of this ion as compared by other treatments. The K+ concentrations significantly vary as affected by all analyzed treatments, except for leaves of BRS 265/BRS 265 combination. Reductions in leaf K+ content by salinity in the irrigation water were detected only in BRS 265/CCP 06 plants. In contrast, at salinity of 4.0 dS m-1, CCP 06/CCP 06 and CCP 06/BRS 265 plants showed K+ content 35 and 84% higher than the control plants, respectively. In roots and stems, all scion/rootstock combinations had their K+ content decreased by salt stress, regardless of CE in the irrigation water. In presence of salinity, Na+ content increased in all plant organs, irrespective of scion/rootstock treatment. Nonetheless, the highest improvements were registered in the leaves, where BRS 265/BRS 265, BRS 265/CCP 06 and CCP 06/BRS 265 plants exhibited Na+ content values 248, 269 and 456% bigger than the respective controls. Surprisingly, the Na+ content in salt-stressed CCP 06/CCP 06 plants was 650% higher than the control. Although the leaf Na+/K+ ratio had showed similar enhancement at 2.0 and 4.0 dS m-1 in both CCP 06/CCP 06 and CCP 06/BRS 265 treatments, it was increased with the increment of salinity in the irrigation water in BRS 265/CCP 06 and BRS 265/BRS 265 combinations. In stems, the Na+/K+ ratio drastically increased in high-salt stressed plants (4.0 dS m-1), with values found in BRS 265/CCP 06 combination 350% greater than the control; whereas in roots, these plants showed the lowest values of this ratio, suggesting a Na+ preferential accumulation mechanism in the stem. Carbohydrate content was little or not altered by salinity. Conversely, proline and free amino acids contents strongly increased in leaves and stems, mainly at 4.0 dS m-1 in BRS 265/CCP 06 and BRS 265/BRS 265 plants; and their content differentially change in roots as affected by scion/rootstock treatment. Whereas the proline content improved in CCP 06/BRS 265 and BRS 265/CCP 06 plants, the free amino acids increased exclusively in CCP 06/CCP 06 and BRS 265/CCP 06 ones. Salt stress differentially altered the expression of several proteins, as well as promoted de novo synthesis and deletion of some proteins. Herein, proteomic characterisation by two-dimensional gel electrophoresis (2DE) showed 347 differentially expressed spots (p value < 0.05 and intensity % > 1.4-fold) by both salinity and scion/rootstock treatments. A total of 151 spots were analyzed by LC-ESI-MS/MS, but only 128 proteins (85%) were identified and 23 (15%) were not found in protein data banks. The identification of these spots indicated that the major groups of differential proteins were associated with photosynthetic metabolism (27.3%), reserve/energy metabolism (25%), response to stresses (13.3%), carbohydrate metabolism (10.2%), secondary metabolism (7.0%), amino acids metabolism (7.0%), energy metabolism (5.5%), antioxidant metabolism (3.1%) and structural (1.6%). Our research evidences the impact of physiological and biochemical studies combined with proteomic approach, revealing an efficient strategy to elucidate the mechanisms of salt stress acclimation/tolerance. In conclusion, our data suggest that the combination of BRS 265 (as scion) and CCP 06 (as rootstock) is more advantageous for the growth of dwarf cashew plants under salt stress.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/78744
Author's ORCID: https://orcid.org/0009-0001-0462-5521
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/5981579692127605
Advisor's ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5945-6596
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/3716378739140249
Co-advisor's ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8622-0770
Co-advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/4787543991573578
Access Rights: Acesso Aberto
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