Análise proteômica e metabolômica de soja: aspectos moleculares da tolerância a seca em plantas transgênicas expressando BiP

Abstract

Dentre os fatores ambientais, a seca é uma das principais causas na limitação da produção agrícola. Alguns fatores, como indicadores de expansão da área de plantio e alterações climáticas, evidenciam a necessidade de desenvolvimento de genótipos mais tolerantes. Nosso grupo de pesquisa na Universidade Federal de Viçosa (UFV) tem observado que a chaperona molecular BiP atua em respostas a estresses no retículo endoplasmático (ER) e osmótico, conferindo uma maior tolerância à seca. Neste trabalho, foram caracterizados os perfis proteômicos e metabólicos de plantas transgênicas de soja superexpressando a chaperona molecular BiP e de sua isolinha por eletroforese 2DE-MS e GC/MS, respectivamente. E análise de hormônios utilizando LC-MS. Plantas transgênicas apresentaram uma maior abundância relativa de proteínas relacionadas à fotossíntese, o que sustenta a hipótese que estas plantas estão predispostas geneticamente e fisiologicamente a suportar períodos de seca. Ao contrário do genótipo selvagem, plantas transgênicas não apresentaram mudanças significativas em proteínas relacionadas à glicólise, respiração e estresse oxidativo, o que evidencia uma menor percepção do estresse pelo genótipo geneticamente modificado. O acúmulo intracelular de solutos osmoticamente ativos pode ser um importante mecanismo de ajuste adotado pelas plantas transgênicas. Como evidenciado pelos perfis metabólicos, o acúmulo de aminoácidos pode ser o mecanismo responsável pela manutenção da turgescência celular no genótipo transgênico. Este mecanismo protetor pode possibilitar que a fotossíntese e outras atividades fisiológicas sejam mais operantes em condições de seca. Em condições de déficit hídrico, o ácido salicílico parece ter considerável importância em induzir efeitos de proteção na planta transgênica, podendo ter uma possível ação antagonista ao ácido jasmônico.

Among the environmental factors, drought is one of major cause in limiting agricultural production. Some factors, such as the expansion of the acreage and climate changes, highlight the need to develop more tolerant genotypes. Our research group at the Federal University of Viçosa (UFV) has observed that the molecular chaperone BiP acts in response to stress in the endoplasmic reticulum (ER) and osmotic stress, and gives greater drought tolerance. In this work we characterized the proteomic and metabolic profiles of transgenic soybean plants overexpressing the molecular chaperone BiP and its isoline by electrophoresis 2DE-MS and GC / MS, respectively. And hormones analysis using LC-MS. Transgenic plants showed a higher abundance of proteins related to photosynthesis, which supports the hypothesis that these plants are genetically and physiologically predisposed to withstand periods of drought. Unlike the wild genotype, transgenic plants showed no significant changes in proteins related to glycolysis, respiration and oxidative stress. That indicates a lower perception of the stress by the engineered genotype. The intracellular accumulation of osmotically active solutes may be an important adjustment mechanism adopted by transgenic plants. As evidenced by the metabolic profiles, the amino acid accumulation might be the mechanism responsible for the maintenance of cellular turgor in the transgenic genotype. This protective mechanism may allow photosynthesis and other physiological activities to be more active in drought conditions. In drought conditions, the salicylic acid seems to have considerable importance in protective effects in transgenic plant and may have a possible action antagonist to jasmonic acid.