Papel do transportador OsHMA5 nas respostas de plantas de arroz (Oryza sativa L.) à deficiência e excesso de cobre | Role of OsHMA5 transporter in the responses of rice plants (Oryza sativa L.) to the copper deficiency and excess

Copper (Cu) is an essential mineral element as a cofactor of many proteins that participate in important physiological processes, such as plastocyanin that acts in the electron transport chain in photochemistry. However, its excess or deficiency may imply several negative effects on cells components. Therefore, the plants need to maintain Cu homeostasis on the cells through different mechanisms. Among them, a mechanism in response to Cu deficiency, known as Cu economy, has already been characterized in Arabidopsis thaliana. Despite of the growing advance in characterization of proteins involved in Cu homeostasis, it is still necessary to understand its relations with important physiological processes, such as photosynthesis, and mechanisms related to Cu tolerance and deficiency in different plant species. In this context, the objective of the present work was to characterize aspects related to Cu homeostasis in Oryza sativa through the role of the OsHMA5 transporter, as well as physiological, morphological and molecular parameters of both wild type (cv. Nipponbare) and oshma5 mutant. The experiment was carried out in a controlled growth room in which wild type (cv. Nipponbare) and oshma5 mutant plants were submitted to three concentrations of Cu (without addition of Cu "0"; 0.2 and 20 μM) in nutrient solution for 13 days. In response to Cu deficiency, wild type plants showed higher expression of the OsCOPT1 Cu transporter and lower photosynthetic parameters of ETR and Y(II), before demonstrating reduction in growth parameters. In addition, the wild type in the Cu deficiency condition showed the same behavior of the oshma5 mutant in the ETR and Y(II) parameters. There was lower concentration of mineral elements (Cu, Fe, Mg and Zn) in the shoot of the oshma5 mutant in 20 μM of Cu compared to the wild type. However, the wild type presented higher concentration of these elements in the shoot of plants submitted to 20 μM of Cu in relation to the other concentrations of Cu. However, both presented lower Mn concentration on root tissues with the Cu increases in the nutrient solution. In addition, the higher concentration of Cu in the nutrient solution caused negative effects on growth parameters (dry matter of roots and shoot, leaf area, length and root surface area) in wild type and oshma5 mutant, evidencing that the transporter OsHMA5 does not contribute significantly to tolerance of Cu excess. In the wild type, the miRNAs analyzed (miRNA397ab, miRNA398b and miRNA408) are induced in Cu deficiency, so it seems that the Cu economy mechanism is conserved in Oryza sativa.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

O cobre (Cu) é um elemento mineral essencial em função de ser cofator de muitas proteínas que participam em processos fisiológicos importantes, como a plastocianina na cadeia de transporte de elétrons na fotoquímica. Entretanto, seu excesso ou deficiência pode implicar em efeitos negativos a vários componentes celulares. Assim, através de diferentes mecanismos as plantas precisam manter a homeostase de Cu nas células. Dentre esses mecanismos, em Arabidopsis thaliana já foi caracterizado um mecanismo em resposta à deficiência de Cu, conhecido como economia de Cu. Apesar do crescente avanço na caracterização de proteínas envolvidas na homeostase de Cu, ainda é necessário entender suas relações com processos fisiológicos importantes, como a fotossíntese, e os mecanismos relacionados a tolerância e a deficiência de Cu em diferentes espécies vegetais. Nesse contexto, o objetivo do presente trabalho foi caracterizar aspectos relacionados à homeostase de Cu em Oryza sativa através do papel do transportador OsHMA5, bem como de parâmetros fisiológicos, morfológicos e moleculares do tipo selvagem (cv. Nipponbare) e do mutante oshma5. O trabalho foi conduzido em sala de crescimento controlada, no qual plantas do tipo selvagem (cv. Nipponbare) e do mutante oshma5 foram submetidas a três concentrações de Cu (sem adição de Cu “0”; 0,2 e 20 μM) em solução nutritiva durante 13 dias. Em resposta a deficiência de Cu, plantas do tipo selvagem apresentaram maior expressão do transportador de Cu OsCOPT1 e diminuição dos parâmetros fotossintéticos ETR e Y(II), antes de demonstrarem redução em parâmetros de crescimento. Além disso, o tipo selvagem na condição de deficiência de Cu apresentou o mesmo comportamento do mutante oshma5 nos parâmetros ETR e Y(II). Houve menor concentração de elementos minerais (Cu, Fe, Mg e Zn) nos tecidos de parte aérea do mutante oshma5 em 20 μM de Cu em relação ao tipo selvagem. No entanto, o tipo selvagem apresentou maior concentração desses elementos na parte aérea de plantas submetidas a 20 μM de Cu em relação às demais concentrações de Cu. Porém, ambos apresentaram menor concentração de Mn nos tecidos de raízes com o aumento da concentração de Cu na solução nutritiva. Ainda, a maior concentração de Cu na solução nutritiva ocasionou efeitos negativos em parâmetros de crescimento (matéria seca de raízes e de parte aérea, área foliar, comprimento e área de superfície de raízes) no tipo selvagem e no mutante oshma5, evidenciando que o transportador OsHMA5 não contribui de modo significativo à tolerância ao excesso de Cu. No tipo selvagem, os miRNAs analisados (miRNA397ab, miRNA398b e miRNA408) são induzidos em deficiência de Cu, sendo assim parece que o mecanismo de economia de Cu é conservado em Oryza sativa.