Metabolômica de plantas transgênicas de soja (Glycine max L. Merril) expressando BiP em resposta a inoculação com Pseudomonas syringae pv. tomato

Abstract

O Brasil é o segundo produtor mundial de soja. Porém, estresses bióticos e abióticos tem limitado a expansão da produtividade. Nosso grupo de pesquisa do LBMP, BIOAGRO-UFV, tem observado que plantas transgênicas superexpressando BiP (Binding protein), chaperona com atividade associada à via UPR (unfolded protein response) e à modulação de eventos de PCD (programmed cell death), são mais tolerantes à seca pela manutenção da homeostase celular e retardo do acionamento da PCD. Dos fitopatógenos, a Pseudomonas syringae pv. tomato provoca reação de hipersensibilidade na soja, uma vez que a interação planta-bactéria é incompatível. Neste trabalho, foi caracterizado o perfil metabólico dos genótipos transgênico superexpressando BiP (C9) e selvagem (WT) por GC-MS. Foram também avaliados por LC-MS, a abundância de fito-hormônios e alguns metabólitos secundários alvos em resposta à interação de soja com P. s. pv. tomato para determinar alterações metabólicas nestes genótipos relacionadas com o fenótipo de morte celular e reações de hipersensibilidade. O acúmulo de aminoácidos, açúcares e ácidos orgânicos pode estar relacionado ao controle de danos ocasionado pelo estresse biótico, sendo menor em C9 devido à capacidade de BiP em manter a homeostase celular. Compostos como di- hidroesfingosina (DHS) e gama-aminobutirato (GABA) podem estar envolvidos com mecanismos de PCD em células visando restringir a colonização do tecido foliar por bactérias. Além disso, observou-se uma tendência para o aumento de ácido salicílico (SA) e ácido jasmônico (JA), embora os níveis de ácido abscísico (ABA) em C9 tenham sido menores, indicando o papel antagonista do ABA na via de sinalização mediada por SA/JA e síntese de fitoalexinas ao longo da infecção bacteriana. A considerável importância do SA e JA, que disparam vias de sinalização de controle microbiano, em C9 possivelmente está no controle negativo da PCD por BiP, que impede a contenção do patógeno por esta via. As concentrações de metabólitos secundários, por sua vez, sofreram o maior incremento ao longo do tempo, sobretudo daidzeína e genisteína, sendo maior em C9. Este acréscimo pode estar associado com as propriedades antimicrobianas das isoflavonas. Por isso, em plantas C9, a superexpressão de BiP atrasa a via de PCD, impedindo a contenção da colonização bacteriana em tempo hábil, sendo a ação antimicrobiana o mecanismo de resposta predominante em C9, ao passo que em WT predomina a via de PCD.

Brazil is the world's second largest soybean's producer. However, biotic and abiotic stresses have limited productivity expansion. Our research group at the LBMP, BIOAGRO-UFV, has observed that transgenic plants overexpressing BiP (Binding protein), chaperone with activity associated with pathway UPR (unfolded protein response) and modulation of PCD (programmed cell death) events, are more tolerant to drought by the maintenance of cellular homeostasis and retarding the activation of PCD. Plant pathogens, Pseudomonas syringae pv. tomato provokes hypersensitivity reaction in soybean, since it is an incompatible interaction. In this work, the metabolic profile of the transgenic genotypes overexpressing BiP (C9) and wild type (WT) by GC-MS. We also evaluated by LC-MS, the abundance of phytohormones and some target secondary metabolites in response to the interaction of soybean with P. s. pv. tomato to determine metabolic changes in these genotypes related to cell death phenotype and hypersensitivity reactions. The accumulation of amino acids, sugars and organic acids may be related to damage control caused by biotic stress, being lower in C9 due to BiP's ability to maintain cellular homeostasis. Compounds such as dihydrosphingosine (DHS) and gamma aminobutyric acid (GABA) may be involved with PCD mechanisms in cells with the aim of to restrain the colonization of foliar tissue by bacteria. Furthermore, there was a tendency for increased salicylic acid (SA) and jasmonic acid (JA), although abscisic acid (ABA) levels have been lower in C9 plants, indicating the ABA antagonist role in the SA-mediated or JA-mediated signaling pathway and phytoalexin synthesis throughout the bacterial infection. The considerable importance of SA and JA, which trigger pathways of microbial control signaling, in C9 is possibly in the negative PCD control by BiP, which prevents the containment of the pathogen for this pathway. Concentrations of secondary metabolites suffered the greatest increase over time, especially daidzein and genistein, being higher in C9 plants. This increase may be associated with the antimicrobial properties of isoflavones. Therefore, in C9 plants, the overexpression of BiP delays the PCD pathway, preventing bacterial colonization in a timely manner, and the antimicrobial action is the predominant response mechanism in C9, whereas in WT, the PCD pathway predominates.