Efeito do estresse por alta temperatura em células embriogênicas de Araucaria angustifolia responsivas (SE1) e não responsivas (SE6) à indução de maturação

Abstract

Resumo: A Araucaria angustifolia é uma conífera da família Araucariaceae que foi intensamente explorada nas décadas de 50 a 70. Devido a isto, esta espécie é atualmente classificada como criticamente em perigo de extinção e consta na lista vermelha de espécies ameaçadas da União Internacional para Conservação da Natureza (IUCN). Este cenário desfavorável, motiva investigações que possibilitem estabelecer estratégias que contribuam para a preservação desta espécie. Nesse sentido, a micropropagação por embriogênese somática constitui um bom modelo experimental, já que permite avaliar as respostas celulares a variações nas condições de cultivo e, ainda, caracterizar e diferenciar estas células em relação a um parâmetro pré-estabelecido. Sabe-se que alterações climáticas, como o aumento de temperatura, podem comprometer o desenvolvimento vegetal. Considerando que a Araucária é uma espécie em risco de extinção e que seu desenvolvimento pode ser afetado pela elevação da temperatura, prevista para as próximas décadas, o objetivo deste estudo foi avaliar a resposta de células embriogênicas de A. angustifolia, responsivas (SE1) e não responsivas (SE6) à maturação, ao estresse pelo calor (30 +- 1ºC) por 24, 48 e 72 h, com enfoque particular no estresse oxidativo. Avaliou-se a viabilidade, morfologia e respiração celular, os níveis de H2O2, a lipoperoxidação e a atividade das seguintes enzimas antioxidantes: Peroxidases (Prxs), superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT), ascorbato peroxidase (APX), glutationa redutase (GR), dehidroascorbato redutase (DHAR) e monodehidroascorbato redutase (MDHAR). O estresse pelo calor (30 +- 1ºC), nos tempos avaliados (24, 48 e 72h), aparentemente, não alterou a morfologia das linhagens SE1 e SE6. Porém, houve redução na viabilidade celular, em todos os tempos de estresse para linhagem SE1, e para SE6 a partir de 48h. Também foram encontrados altos níveis de H2O2 no tempo de 24h para as linhagens SE1 e SE6, sendo maior para a linhagem SE6. No entanto, nos tempos de 48 e 72h houve diminuição nos níveis de H2O2 na linhagem SE1, enquanto que nas células SE6 os níveis retornaram aos do controle (25 +- 1ºC). A diminuição dos níveis de peróxido na linhagem SE1 possivelmente está associada ao aumento da respiração no estado basal em 24h e a elevada atividade das enzimas antioxidantes (Prxs, SOD, APX, GR, DHAR e MDHAR). Já para linhagem SE6, houve uma inibição da respiração celular, compatível com os maiores níveis de H2O2 e de lipoperoxidação em 72h de exposição ao calor, embora as enzimas antioxidantes Prxs, SOD, CAT, APX, GR, DHAR e MDHAR tenham sido ativadas também nestas células. Uma diferença interessante entre as linhagens, em relação ao sistema de defesa enzimático, foi a maior ativação das enzimas do ciclo glutationa/ascorbato na linhagem SE1, enquanto que na linhagem SE6 as enzimas CAT e SOD foram as mais ativas. Esses resultados sugerem que o estresse por alta temperatura foi capaz de promover o estresse oxidativo nas linhagens SE1 e SE6 de Araucaria angustifolia, que responderam de forma diferenciada a esta condição, particularmente em relação ao sistema enzimático antioxidante. Tais diferenças podem estar relacionadas á responsividade destas células à maturação. Estudos futuros devem ser realizados para explorar e comprovar esta hipótese.

Abstract: Araucaria angustifolia is a conifer from Araucariaceae family that was intensively explored in the 50's and 70's. As consequence, this species is currently classified as critically endangered and listed in the Red List of Threatened Species of the International Union for Conservation of Nature (IUCN). This critical scenario motivates investigations to establishing strategies that may contribute to the preservation of this species. In this sense, somatic embryogenesis is an interesting experimental tool, since it enables to evaluate the cellular responses to variations in the culture conditions, and also to characterize and differentiate these cells in relation to pre-established parameters. It is known that climate changes, such as the Global warming can impair plant development. Considering that Araucaria is a species at risk of extinction and that its development may be influenced by the Global warming, the aim of this study was to evaluate the effects of heat stress (30 +- 1ºC) for 24, 48 and 72 h on A. angustifolia cells line, responsive (SE1) and nonresponsive (SE6) to maturation, with particular focus on oxidative stress. Cell viability, morphology and respiration, H2O2 and lipid peroxidation levels and enzymatic activity of Peroxidases (Prxs), superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), ascorbate peroxidase (APX), glutathione reductase (GR), dehydroascorbate reductase (DHAR) and monodehydroascorbate reductase (MDHAR) were evaluated. The results showed that the heat stress (30 +- 1ºC) by 24, 48 and 72h, apparently did not change the morphology of both cell lines. However, there was a reduction in the viability of SE1 in all stress conditions and for SE6 from 48h. High levels of H2O2 after 24h of exposition were found for SE1 and SE6 lines, being higher for SE6 line. Interestingly, at 48 and 72h, H2O2 levels decreased in SE1 line, while in SE6 the values returned to the control levels (25 +- 1°C). The decrease in peroxide levels in SE1 line may be associated with the increase in basal respiration at 24h as well as with the high activity of antioxidant enzymes (Prxs, SOD, APX, GR, DHAR and MDHAR). In SE6 line, there was an inhibition of cellular respiration, in agreement with the high levels of H2O2 and lipid peroxidation at 72h of heat exposure. However, the antioxidant enzymes Prxs, SOD, CAT, APX, GR, DHAR and MDHAR were more activated in comparison to the control. Regard to the enzymatic defense, an interesting difference was found between the cell lines. There was a significant increase in the activitivity of enzymes from glutathione/ascorbate cycle for SE1 line, while in SE6 CAT and SOD were the most active. These results suggest that stress by high temperature was able to promote oxidative stress in SE1 and SE6 cell lines. However, the responses to this condition were different, particularly in relation to the antioxidant enzyme systems. In addition, it is possible that such differences may be related to their responsiveness to maturation. Further studies must be performed to evaluate this hypothesis.