Respostas morfofisiológicas, metabolômicas e transcritômicas da palma de óleo (Elaeis guineensis) aos estresses abióticos de seca e salinidade | Morphophysiological, metabolomic and transcrytomic responses of oil palm (Elaeis guineensis) to drought and salinity stresses

Oil palm (Elaeis guineensis) is a monocotyledonous plant species of great economic importance worldwide. It is the oilseed with the highest oil productivity. For this reason, it has been considered a key piece for diversifying the sources of vegetable oil in Brazil. In this country, its cultivation has expanded in to regions subjected to long and severe dry season. Consequently, irrigation bas been necessary. Two abiotic stresses may result, namely, drought and salinity. Seeking to anticipate them, this work aimed at a multidisciplinary study to evaluate the morphophysiological, metabolomic and transcriptomic responses of oil palm under drought and salinity stress. For this, oil palm plants were submitted to saline (0; 0.5; 1.0; 1.5 and 2.0 g NaCl / 100 g substrate) or drought (water withhold) stresses. Then, they were evaluated by different tools : a) Phenomics: strict water control and daily monitoring of water levels, gas exchange analysis, chlorophyll concentration and chlorophyll fluorescence parameters, leaf temperature, biomass, mineral nutrition, among others; (b) Metabolomics: metabolic profile analysis; and (c) Transcritomics: analysis of differential expression, functional annotation and gene ontology. The salinity bioassay was efficient, since the physiological parameters evaluated were able to distinguish the different levels of NaCl. The higher the dose of salt and the time of exposure, the greater the physiological damage to the plants. It was possible to identify the difference among the groups of metabolites / transcripts of the plants under different salt concentrations, corroborating the physiological data. The drought bioassay also proved to be efficient, because the longer the period of stress, the lower the water levels in the substrate, and the greater the physiological damage to plants. Under drought, groups of differentially expressed genes and metabolites were identified. For both stresses, the main physiological damages, such as reduced photosynthetic rates, chlorophyll concentration index and photochemical activity, are related to reduced water absorption and lower water content in the tissues. This was reflected in the increase in leaf temperature and reduction of plant fresh weight. In response to stresses, plants alter their metabolism and produce different transcripts and metabolites, which explains the differences found between controls and stressed. Further studies will be necessary to verify if there is a correspondence between the transcripts and metabolites found under different levels of stress, as well as their relationship with the physiological changes. The present work represents a consolidated base and the beginning of an extensive range of possible multidisciplinary correlations that will be explored within and between the different types and levels of stress studied.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

A palma de óleo (Elaeis guineensis) é uma monocotiledônea de grande importância econômica no mundo, sendo a oleaginosa com maior produtividade e, por isso, tem sido considerada peça chave na diversificação das fontes de produção de óleo vegetal no Brasil. Em contribuição ao avanço dos estudos com palma de óleo e, previamente, aos potenciais problemas inerentes da inevitável expansão do cultivo para regiões susceptíveis a estresse abiótico, o presente trabalho se trata de um estudo multidisciplinar de avaliação das respostas fisiológicas, metabólicas e de transcritos, do comportamento das plantas de palma de óleo sob estresse de seca e salinidade. Para tal, as plantas foram submetidas aos estresses salino (0; 0,5; 1,0; 1,5 e 2,0 g de NaCl /100 g substrato) e de seca (suspenção total da irrigação), e avaliadas por diferentes ferramentas: a) Fenômica: controle rigoroso e monitoramento diário dos níveis de água, análises de trocas gasosas, índice de concentração e fluorescência da clorofila, temperatura foliar, biomassa, análise mineral, dentre outras; (b) Metabolômica: análise de perfil metabólico; e (c) Transcritômica: análise de expressão diferencial, anotação funcional e ontologia de genes. Os resultados mostraram que o bioensaio de salinidade foi eficiente, uma vez que os parâmetros fisiológicos avaliados conseguiram distinguir os diferentes níveis de NaCl aplicado, sendo que, quanto maior a dosagem de sal, e maior o tempo de exposição ao estresse, maiores os danos fisiológicos nas plantas. Para as análises de metabolômica e transcritômica das plantas sob estresse salino, os protocolos de extração e as análises computacionais foram eficientes para identificação uma diferença entre os grupos de metabólitos/transcritos das plantas sob diferentes concentrações salinas, o que corrobora com os dados fisiológicos. O bioensaio de seca se mostrou eficiente, pois, quanto maior o período de estresse, menores os níveis de água no substrato, e maiores os danos fisiológicos das plantas. O protocolo de extração e as análises de transcritos nas plantas sob estresse de seca foram eficientes, pois foram identificados grupos de genes diferencialmente expressos entre os tratamentos analisados. Para ambos os estresses, os principais danos fisiológicos, como a redução nas taxas fotossintéticas e nos índices e eficiência da clorofila, estão relacionados a redução da absorção e do conteúdo de água, que reflete no aumento da temperatura foliar e na redução da massa fresca. Em resposta ao estresse, as plantas alteram seu metabolismo e produzem transcritos e metabólitos diferentes, o que explica as diferenças encontradas entre os controles e tratados. Estudos posteriores poderão verificar se há correspondência entre os transcritos e metabólitos encontrados nos diferentes grupos, bem como a relação destes com as alterações fisiológicas encontradas. O presente trabalho representa uma base consolidada e o início de uma extensa gama de possíveis correlações multidisciplinares que serão exploradas dentro e entre os diferentes tipos e níveis de estresses estudados.