Fotoperíodo, défice hídrico e estresse salino no perfil de óleos essenciais em Lippia alba L. cultivada in vitro

Abstract

Lippia alba (Miller) N.E. Brown, conhecida como erva-cidreira brasileira, é uma planta tradicionalmente utilizada pela medicina popular brasileira. Possui importância econômica devido à produção de óleos essenciais aos quais são utilizados para melhoria da qualidade do sono, alívio do estresse, controle de doenças respiratórias, gastrointestinais, anti-inflamatórias e sedativo natural. Podem também ser utilizados no controle biológico contra diversos patógenos e na conservação de alimentos. O objetivo desse estudo foi avaliar o efeito do fotoperíodo, estresse salino e défice hídrico no perfil de óleos essenciais em L. alba cultivada in vitro, utilizando-se de técnicas de análises morfoanatômicas, fisiológicas e moleculares. Desse modo, avaliou-se aspectos anatômicos, o crescimento, metabólitos primários, taxa fotossintética, perfil de óleos essenciais e expressão de genes relacionaods à síntese de óleos essenciais e ao relógio molecular. Foram conduzidos três experimentos: I) Avaliação do efeito de diferentes fotoperíodos (4, 8, 16 e 24 h); II) Avaliação do efeito do estresse salino sob diferentes concentrações de NaCl (0, 30 e 60 mM); e III) Avaliação do efeito do défice hídrico sob diferentes concentrações de PEG [0, 1, 2 e 3% (m/v)] no crescimento, nos metabólitos primários, na taxa fotossintética, no perfil de óleos essenciais e na expressão de genes relacionados à síntese dos óleos essenciais. Os resultados demonstraram que L. alba é uma espécie que apresenta destacada plasticidade fisiológica nos diferentes fotoperíodos com melhor desempenho em dias longos. O melhor desempenho em crescimento, organização anatômica do mesofilo, caule, raízes e feixes, pigmentos fotossintéticos, maior taxa fotossintética e maior síntese de proteínas totais foi sob fotoperíodo de 24 h. A biossíntese de linalol, componente majoritário do quimiotipo BGEN-04, foi aumentada sob fotoperíodo de 24 h, com a redução da expressão de LaGES. O estresse salino afeta negativamente o metabolismo primário de L. alba, em que o crescimento, desenvolvimento e atividades fisiológicas foram comprometidas. O metabolismo secundário foi modulado, tendo aumento nos teores de linalol e redução dos teores de eucaliptol em plantas sob estresse salino mais severo (60 mM). Elevadas concentrações de NaCl podem comprometer a fisiologia das plantas no cultivo in vitro, entretanto, esta é uma espécie que apresenta plasticidade fisiológica sob estresse salino moderado sendo capaz de crescer e desenvolver e não comprometer a via dos monoterpenos e sesquiterpenos. A Lippia alba mostrou-se uma espécie capaz de adaptar em solos com baixa disponibilidade hídrica. O metabolismo primário é afetado com redução do crescimento, área foliar e taxa fotossintética. A limitação hídrica aumentou no conteúdo de aminoácidos e proteínas totais. O metabolismo secundário foi modulado, com aumento nos teores de linalol e redução nos teores de germacreno em plantas sob défice hídrico.

Lippia alba (Miller) N.E. Brown is a plant traditionally used by Brazilian popular medicine. It has economic importance due to the production of essential oils, which are used for improve sleep quality, stress relief, control of respiratory and gastrointestinal diseases, anti-inflammatory and natural sedative. They can also be used in biological control against various pathogens and in food preservation.The objective of this study is to evaluate the effect of photoperiod, saline stress and water deficit on the profile of essential oils in L. alba cultivated in vitro, using morphological, physiological and molecular analysis techniques. For this, three experiments were conducted: I) Evaluation of the effect of different photoperiods (4, 8, 16 and 24 h) on anatomy, growth, primary metabolites, photosynthetic rate, essential oils profile and expression of genes related to the synthesis of essential oils and circadian clocks; II) Evaluation of the effect of saline stress under different concentrations of NaCl (0, 30 and 60 mM) in anatomy, growth, primary metabolites, essential oils profile and expression of genes related to the synthesis of essential oils; and III) Evaluation of the effect of the water deficit under different PEG concentrations [0, 1, 2 and 3% (m / v)] on growth, primary metabolites, photosynthetic rate, essential oils profile and related gene expression to the synthesis of essential oils. The results showed that L. alba is a species that presents outstanding physiological plasticity in the different photoperiods with better performance in long days. The best growth performance, anatomical organization of the mesophyll, stem, roots and bundles, photosynthetic pigments, higher photosynthetic rate and higher synthesis of total proteins was under photoperiod of 24 h. The biosynthesis of linalool, a major component of the BGEN-04 chemotype, was increased under a 24-h photoperiod, with reduced expression of LaGES. Saline stress negatively affects the primary metabolism of L. alba, in which growth, development and physiological activities were compromised. Secondary metabolism was modulated, with increase in linalool levels and reduction of eucalyptol contents in plants under more severe salt stress (60 mM). High concentrations of NaCl may compromise the physiology of plants in in vitro culture, however, this is a species that presents physiological plasticity under moderate salt stress being able to grow and develop and not compromise the pathway of monoterpenes and sesquiterpenes. L. alba has been shown to be able to adapt to soils with low water availability. The primary metabolism is affected with reduced growth, leaf area and photosynthetic rate. Water limitation increased in the content of amino acids and total proteins. Secondary metabolism was modulated, with increase in linalool contents and reduction in germacrene levels in plants under water deficit.