A proteína BiP exerce função protetora contra o déficit hídrico em plantas de soja

Abstract

As plantas estão sob constantes condições de estresses bióticos e abióticos, e a seca é um dos principais fatores abióticos limitantes da produção agrícola, desencadeando alterações bioquímicas, fisiológicas e moleculares nas plantas. Baseada na capacidade de BiP em aumentar tolerância à seca em Nicotiana tabacum, propôs-se analisar se esta estratégia molecular para aumento de tolerância seria efetiva em soja. Inicialmente, plantas de soja, variedade ‘Conquista’, foram transformadas com o gene soyBiPD, sob o controle do promotor constitutivo 35S e a análise de transgenia foi avaliada em populações segregantes até a geração T6. A expressão do transgene foi analisada em seis transformantes, designados 35S:BiP-1, 35S:BiP-2, 35S:BiP-3, 35S:BiP-4, 35S:BiP-5, 35S:BiP-6. Na geração T6, foram selecionadas plantas homozigotas, superexpressando BiP, da linhagem 35S:BiP-4. Maior acúmulo da proteína BiP foi observado no retículo endoplasmático das plantas transgênicas, indicando um correto endereçamento celular da proteína recombinante. Plantas de soja T3 superexpressando BiP foram submetidas a condições de estresse hídrico. Após condição de restrição hídrica, foi observado um fenótipo tolerante nas plantas senso com manutenção do nível de turgescência foliar e não acumularam níveis elevados de sacarose, enquanto as plantas de soja controle não mantiveram o mesmo nível de turgescência foliar e acumularam maiores níveis de sacarose. Sob condições de restrição hídrica, as plantas senso apresentaram capacidade fotossintética e de condutância estomática significativamente superiores às plantas não transformadas. Plantas de soja T4 e T5 também foram submetidas a déficit hídrico severo pela suspensão total de irrigação e as plantas transgênicas mostraram maior tolerância à seca. As plantas não transformadas apresentaram taxa fotossintética, condutância estomática e transpiração significativamente inferiores nessas condições. As concentrações de prolina aumentaram significativamente nas plantas sob seca, apresentando-se significativamente superior nas plantas wild type. A condição de estresse elevou o conteúdo de malondialdeído (MDA) nas plantas de soja, ocorrendo peroxidação de lipídios em ambas, mas significativamente superior nas plantas controle. Foi constatado também que as raízes das plantas controle, sob estresse osmótico, apresentaram ramificação maior. Em condições de estresse hídrico genes foram diferencialmente expressos nas linhagens transgênicas e nas plantas controle, destacando a indução superior de genes responsivos à seca, como genes LEA, antiquitina e GST nas plantas não transformadas. A superexpressão de BiP retardou a indução do processo de senescência foliar, sendo o teor de clorofila e de proteína significativamente inferiores nas plantas controle. Coletivamente, estes resultados sugerem que a proteína BiP exerce função protetora contra o déficit hídrico em plantas.

The plants are under continuous biotic and abiotic stress conditions, and drought is the major abiotic factors which limits agricultural production, triggering biochemical, physiological and molecular changes in plants. Based on the capacity of BiP to increase drought tolerance in Nicotiana tabacum, it was aimed in this research to analyze if such molecular strategy for increasing the tolerance would be effective in soybean. Soybean plants, belonging to the consquista variety, were initially transformed with the soyBiPD gene under control of the 35S constitutive promoter. The transgenic analysis was evaluated in segregating populations until the T6 generation. The transgene expression was analyzed in six transformants called 35S:BiP-1, 35S:BiP-2, 35S:BiP-3, 35S:BiP-4, 35S:BiP-5, 35S:BiP-6. On T6 generation, homozygous plants of the 35S:BiP-4 lineage that were overexpressing BiP were selected. Higher BiP protein accumulation was found in the endoplasmatic reticulum of the transgenic plants, indicating a right cellular addressing of the recombinant protein. T3 soybean plants overexpressing BiP were subjected to hydric stress. After hydric restriction, a tolerant phenotype was observed in plants sense which kept leaf turgescence level without accumulating high levels of sucrose, while soybean control plants did not have the same leaf turgescence level and they accumulated higher levels of sucrose. Under hydric restriction, transformed plants significantly showed higher photosynthetic ability and stomatic conductance than non-transformed plants. T4 and T5 soybean plants were also subjected to severe hydric deficit by complete watering interruption and the transgenic plants revealed higher drought resistance. Nontransformed plants significantly showed lower photosynthetic, stomatic conductance and transpiration rates in this water stress. Proline concentration increased significantly in plants that underwent drought, being noticeably higher in the wild type plants. The stress condition increased malondialdehyde (MDA) contents in soybean plants, occurring peroxidation in the membrane lipids of both plants, but it was significantly higher in the controls. It was also found that control plant roots under osmotic stress showed greater branching. Under conditions of water stress, genes were differentially expressed in transgenic lineages and control plants, standing out the induction of drought responsive genes, such as LEA, antiquitin and GST, in non-transformed plants. BiP superexpression delayed leaf senescence induction, being chlorophyll and protein percentages significantly lower in the control plants. Altogether, these results suggest that BiP protein has a protector function against the water deficit in plants.