Physiological, hormonal and metabolic alterations caused by selenium in rice seedlings | Alterações fisiológicas, hormonais e metabólicas causadas pelo selênio em plântulas de arroz

Selenium (Se) can alter the growth of some plant species and causes changes in levels of plant hormones, such as auxin and ethylene. However, the impact of Se supply on relationships between hormones biosynthesis and primary metabolism during growth of rice (Oryza sativa L.) seedlings is poorly understood. Thus, the hypothesis that Se induces changes in the interactions between auxin and ethylene to modulate primary metabolism and growth of rice seedlings was investigated. The application of selenite did not affect the of growth shoot of seedlings, but promoted the elongation of the primary root with reduction in the number and length of the lateral roots. There was a decrease in the concentrations of ethylene, 1- aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC) and indole-3-acetic acid (IAA) in roots of rice seedlings treated with selenite as compared with the control. Selenite led to decreased expression of genes associated with the biosynthesis of auxin and ethylene, concomitantly with reduced production of these hormones by the roots. Moreover, selenite decreased the abundance of transcripts encoding auxin transport proteins. Treatment with IAA overrode the repressive effect of selenite on lateral root growth. The ethylene synthesis inhibitor L-α-(2- aminoethoxyvinyl)-glycine (AVG) increased elongation of primary root, whereas the ethylene precursor ACC resulted in the opposite effect. Moreover, soluble sugars accumulate in roots under selenite treatment. Together, these findings suggest that selenite affects primary and lateral root development by blocking ethylene and auxin biosynthesis, respectively. Experiments with organic Se showed that seleno-L-methionine (SeMet) at low concentration increased concentrations of hydrogen peroxide and superoxide anion production, inhibiting auxin biosynthesis and increasing ethylene production in both shoot and root. The effect of SeMet on seedlings was mediated by the inhibition of the abundance of transcripts encoding auxin transport and cell expansion proteins. Moreover, SeMet led to increased respiration, which was positively correlated with organic acids consumption, but negatively with sugars consumption, thereby decreasing seedling growth. In contrast with SeMet treatment, L- methionine did not affect reactive oxygen species production, hormone biosynthesis and growth of seedlings, indicating an exclusive Se effect. Treatment with 1,4-diazabicyclooctane (DABCO), a singlet oxygen scavenger, overrode the repressive effect of SeMet in seedling growth. It is concluded that Se regulates physiological and metabolic processes in rice seedlings are dependent on the form of Se supplied. Keywords: Cell expansion. Primary metabolism. Hormonal regulation. Oryza sativa L.

O selênio (Se) pode alterar o crescimento de algumas espécies de plantas e causar modificações nos níveis de hormônios vegetais, tais como auxina e etileno. No entanto, o impacto do fornecimento de Se nas relações entre a biossíntese de hormônios e o metabolismo primário durante o crescimento de plântulas de arroz (Oryza sativa L.) é pouco compreendido. Assim, a hipótese de que o Se induz alterações nas interações entre auxina e etileno para modular o metabolismo primário e o crescimento de plântulas de arroz foi investigado. A aplicação de selenito não afetou o crescimento da parte aérea das plântulas, mas promoveu o alongamento da raiz primária com redução no número e comprimento das raízes laterais. Um decréscimo nas concentrações de etileno, ácido 1-carboxílico-1-aminociclopropano (ACC) e ácido indol-3-acético (AIA) nas raízes das tratadas com selenito foi observado em comparação ao controle. O selenito levou à diminuição da expressão de genes associados à biossíntese de auxina e etileno, concomitantemente à redução da produção desses hormônios pelas raízes. Além disso, o selenito diminuiu a abundância de transcritos que codificam proteínas transportadoras de auxina. O tratamento com AIA anulou o efeito repressivo do selenito no crescimento radicular lateral. O inibidor da síntese de etileno L-α-(2- aminoetoxivinil)-glicina (AVG) aumentou o alongamento da raiz primária, enquanto o precursor de etileno ACC resultou no efeito oposto. Além disso, os açúcares solúveis acumularam nas raízes submetidas ao tratamento com selenito. Juntos, esses resultados sugerem que o selenito afeta o desenvolvimento da raiz primária e lateral, bloqueando a biossíntese de etileno e auxina, respectivamente. Os experimentos com Se orgânico mostraram que a seleno-L-metionina (SeMet) em baixa concentração aumentou as concentrações de peróxido de hidrogênio e a produção de ânion superóxido, inibindo a biossíntese de auxinas e aumentando a produção de etileno na parte aérea e raiz. O efeito da SeMet nas plântulas foi mediado pela inibição da abundância de transcritos que codificam proteínas de transporte de auxinas e expansão celular. Além disso, a SeMet levou ao aumento da respiração, que foi positivamente correlacionada com o consumo de ácidos orgânicos, mas negativamente com o consumo de açúcares, diminuindo assim o crescimento das plântulas. Em contraste com o tratamento com SeMet, a L-metionina não afetou a produção de espécies reativas de oxigênio, a biossíntese de hormônios e o crescimento de plântulas, indicando um efeito exclusivo de Se. O tratamento com 1,4-diazabiciclooctano (DABCO), um seqüestrador de oxigênio singleto, reverteu o efeito repressivo da SeMet no crescimento de plântulas. Portanto, a capacidade do Se em regular os processos fisiológicos e metabólicos em plântulas de arroz são dependentes da forma de Se fornecido. Palavras-chave: Expansão celular. Metabolismo primário. Regulação Hormonal. Oryza sativa L.