Impactos ecofisiológicos e metabólicos da alteração nos níveis de giberelina em tomate

Abstract

O presente trabalho foi conduzido com intuito de analisar os impactos causados pela variação endógena e/ou artificial (aplicação de GAs e paclobutrazol-PBZ) dos níveis de giberelinas sobre a fisiologia, metabolismo e anatomia de plantas de tomate (Solanum lycopersicum L.). Para tal, diferentes experimentos foram realizados utilizando-se plantas tipo selvagem (WT) e mutantes na biossíntese de giberelinas (gib3: moderadamente deficiente, gib2: medianamente deficiente e gib1: extremamente deficiente). No primeiro experimento foram utilizadas plantas WT e os mutantes gib3, gib2 e gib1 avaliando-se os efeitos da redução endógena dos níveis de GAs. Os resultados mostraram que a redução dos níveis de GAs afetou negativamente o crescimento dessas plantas e que este menor crescimento não estaria associado a menores taxas fotossintéticas. A elevada fotossíntese (A N ) nos mutantes apresentou-se associada com uma maior densidade e abertura estomática, assim como maiores condutâncias estomática (g s ) e mesofílica (g m ). Um desbalanço entre o metabolismo do carbono e crescimento parece ocorrer plantas com redução na concentração de GAs, visto que reduções nos teores da maioria dos metabólitos ocorreram concomitantemente com elevada A N . Ademais, maior A N foi acompanhada de uma elevada taxa respiratória e incrementos na concentração de proteínas, sugerindo um desvio de energia em forma de ATPs para outras rotas, já que uma maior produção de energia não se traduziu em acúmulo de biomassa. No segundo experimento foram utilizadas plantas WT e gib3, genótipo mais semelhante ao WT no primeiro experimento, submetidas à variações artificiais no conteúdo de GAs mediante a aplicação de GAs e/ou PBZ. Os resultados obtidos permitiram a identificação de mudanças metabólicas e fisiológicas associadas tanto à variação endógena de GAs, assim como as ocasionadas pela variação artificial de GAs. Para ambos os genótipos, o crescimento foi bastante reduzido em presença de PBZ e apresentou incrementos quando da aplicação de GAs. Menores taxas de crescimento foram acompanhadas de maiores respiração no escuro (R d ) e A N , a última influenciada por maiores densidade e abertura estomática, espessura foliar, assim como g s e absortância. A maioria dos metabólitos foi positivamente correlacionada com o conteúdo de GAs. Pouca ou nenhuma variação em parâmetros da fluorescência da clorofila a e sistema antioxidativo indicam ausência de estresses aparentes. Consideradas em conjunto, as informações obtidas com o presente estudo oferecem uma melhor compreensão dos mecanismos fisiológicos, moleculares e metabólicos associados à deficiência de GAs em plantas; contudo, estudos metabólicos e moleculares mais detalhados ainda serão necessários para uma melhor compreensão dos efeitos da redução dos níveis de GAs sobre o metabolismo dessas plantas.

This study was carried out to analyze the physiological, metabolic and anatomic impacts promoted by both the endogenous and/or artificial variation of gibberellins (GAs) on tomato plants (Solanum lycopersicum L.). To this end, different experiments were performed using wild-type (WT) and mutant plants in the biosynthesis of gibberellins (gib3, moderately deficient; gib2, mildly deficient and gib1, extremely deficient). In the first experiment I used WT and the mutant plants gib3, gib2 and gib1 and evaluated the effects of endogenous reduction of GA levels. It was observed that the reduced levels of GAs negatively affected the growth and that this slower growth is not associated with lower photosynthetic rates. The higher net photosynthesis (A N ) found in the mutants were associated with both increased stomatal density and higher stomatal (g s ) and mesophyll (g m ) conductances. One clear imbalance between carbon metabolism and growth seems to occur in plants with reduced GAs levels, given that reductions in the levels of the majority of the metabolites occurred concomitantly to higher A N . Moreover, higher A N was accompanied by elevated respiratory rate and increments in protein concentration, suggesting a shift of energy in the form of ATPs to other routes, since more energy production was not associated with higher biomass accumulation. In the second experiment I used plants WT and gib3, the genotype most similar to WT in the first experiment, and subjected those plants to artificial variations in the content of GAs by applying GAs and/or paclobutrazol (PBZ), a GA biosynthesis inhibitor. The results obtained allowed the identification of both metabolic and physiological changes associated with both endogenous GAs variation, as well as the artificial variation caused by varying the GAs regime. In both genotypes growth was strongly reduced in presence of PBZ whereas it was incremented when applying GAs. Lower growth rates were accompanied by higher dark respiration (R d ) and higher A N , the former being influenced by larger stomatal density and stomatal opening, leaf thickness, as well as g s and absorptance. The levels of the majority of metabolites evaluated were positively associated with GAs content. Little or no variation in chlorophyll fluorescence a and antioxidative system parameters indicated no apparent stress. Taken as a whole, the information obtained within this study provide a better understanding of the physiological, molecular and metabolic disorders associated with GA deficiency in plants; however, future metabolic and molecular studies are still required to allow us a better understanding of the effects of reduced GA levels on the metabolism of these plants.