Aspectos morfofisiológicos e moleculares do desenvolvimento in vitro de Pfaffia glomerata (Spreng.) Pedersen influenciado pela luz

Abstract

A Pfaffia glomerata apresenta potenciais propriedades farmacológicas e medicinais, como anabolizante, analgésica, anti-inflamatória, antimutagênica, afrodisíaca, sedativa, antidiabética e de tônico muscular. As propriedades nessa espécie se devem principalmente à produção de um metabólito secundário, o fitoecdisteroide 20-hidroxiecdisona (20E). Contudo sua via biossintética e suas funções em plantas ainda não estão totalmente elucidadas. A luz (qualidade e quantidade) afeta inúmeros processos morfofisiológicos em plantas cultivadas in vitro, como crescimento e desenvolvimento, fotossíntese, morfogênese, produção de metabólitos secundários, entre outros. Diante disso, objetivou-se avaliar a influência da qualidade e quantidade de luz na morfofisiologia e na produção de 20E em dois acessos (Ac 22 e Ac 43) de Pfaffia glomerata cultivadas in vitro. Para tal, foram executados dois experimentos. Primeiro foi analisado a influência de diferentes níveis de irradiâncias (65, 130 e 200 μmol m -2 s -1 ) e segundo a influência de diferentes proporções de vermelho (V) e azul (A) (1V:1A; 1V:3A e 3V:1A). Em ambos os experimentos foram utilizados explantes com um segmento nodal, os quais foram inoculados meio de Murashige e Skoog (MS) sem adição de fitorreguladores, sendo as culturas foram mantidas a 25 ± 2 ° C e sob fotoperíodo de 16 h de luz. Observou-se que tanto a quantidade, quanto a qualidade da luz no cultivo in vitro de Pffafia glomerata alteram o teor e a produção de 20E. No entanto, não houve relação direta do conteúdo de 20E com a expressão relativa do gene Phantom, envolvido possivelmente na biossíntese de 20E. Além disso, as características morfofisiológicas, assim como a produção de 20E, se mostraram genótipo-dependentes em ambos os experimentos. O aumento da irradiância promove o crescimento e o desenvolvimento in vitro de P. glomerata, aumentando também a eficiência fotossintética, o que refletiu no maior acúmulo de biomassa nas plantas. A qualidade de luz também leva a modificações na morfofisiologia de P. glomerata cultivada in vitro. Visto que, a qualidade espectral 1V:3A influenciou na eficiência fotossintética e na atividade das enzimas do estresse oxidativo. Já a igual proporção de luz (1V:1A) favoreceu o desenvolvimento morfoanatômico das plantas e a produção de 20E. Este trabalho fornece novas perspectivas a respeito dos efeitos da luz no ambiente in vitro e pode auxiliar na otimização de protocolos de bioprospecção e propagação em larga escala de 20E em P. glomerata.

Pfaffia glomerata has potential pharmacological and medicinal properties, such as anabolic, analgesic, anti-inflammatory, antimutagenic, aphrodisiac, sedative, antidiabetic and muscle tonics. The properties in this species are mainly due to the production of a secondary metabolite, the phytoecdysteroid 20-hydroxyecysone (20E). However its biosynthetic pathway and its functions in plants are not yet fully elucidated. Light (quality and quantity) affects numerous morphophysiological processes in plants grown in vitro, such as growth and development, photosynthesis, morphogenesis, production of secondary metabolites and others. The aim of this study was to evaluate the influence of quality and quantity of light on morphophysiology and 20E production in two accessions (Ac22 and Ac43) of Pfaffia glomerata grown in vitro. For this, two experiments were performed. In the first experiment, the influence of different levels of irradiance (65, 130 and 200 μmol m -2 s -1 ) and in second experiment different proportions of red (R) and blue (B) LED lights (1R:1B; 1R:3B and 3R: 1B) in two accessions (Ac22 and Ac43) of P. glomerata were evaluated. In both experiments explants with a single nodal segment were used. The explants were cultured in Murashige and Skoog (MS) medium lacking phytoregulators and the cultures were maintained at 25 ± 2 ° C and photoperiod of 16 h of light. We observed that both the amount and the quality of light in the in vitro culture of Pfafia glomerata alter the content and the production of 20E. However, there was no direct relationship of the 20E content with the relative expression of the Phantom gene, possibly involved in 20E biosynthesis. In addition, the morphophysiological characteristics as well as the production of 20E were shown to be genotype-dependent in both experiments. The increase in irradiance levels promotes the in vitro growth and development of P. glomerata, also increasing the photosynthetic efficiency, which reflected into a greater accumulation of biomass in the plants. The light quality also leads to modifications in the morphology of P. glomerata cultivated in vitro. Remarkably, the spectral quality 1R:3B influenced the photosynthetic efficiency and the activity of oxidative stress enzymes, whereas the proportion of light (1R:1B) favored the morfoanatomic development of the plants and the production of 20E. This work provides new perspectives on the effects of light in the in vitro environment and may aid in the optimization of bioprospecting protocols and large-scale propagation of 20E in P. glomerata.