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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.11.2020.tde-05062020-093234
Document
Author
Full name
Hana Karina Pereira da Silva
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2020
Supervisor
Committee
Labate, Carlos Alberto (President)
González, Esteban Roberto
Silva, Luciana Duque
Verdi, Maria Carolina Quecine
Title in Portuguese
Análise comparativa das respostas metabólicas à restrição hídrica e reidratação em folhas de dois clones comerciais de eucalipto
Keywords in Portuguese
Estresse hídrico
Flavonoides
GC-MS
LC-MS/MS
Recuperação
Abstract in Portuguese
O setor florestal brasileiro tem grande importância econômica, social e ambiental. O Brasil ocupa o topo do ranking mundial no quesito de exportação de celulose e a segunda posição no ranking mundial de produção desta fibra. A maior parcela da área ocupada por florestas plantadas no país é composta por espécies do gênero Eucalyptus. Nestas áreas, desvios de precipitação acumulada vêm sendo observados nos últimos anos. Tal fato aliado a projeções de aumento das secas acarretadas por mudanças climáticas, torna de interesse a obtenção de uma melhor compreensão da resposta das plantas a este tipo de situação estressante. A seca é capaz de causar vários danos a planta, limitando sua produtividade e gerando grandes perdas. Na tentativa de lidar com a situação estressante, a planta responde morfológica, fisiológica e bioquimicamente. A nível metabólico, a planta tem seu metabolismo primário e secundário afetados. Como consequência da condição estressante, espécies reativas de oxigênio (EROs) aumentam. Esses compostos são capazes de causar danos a outras moléculas conduzindo à morte celular. Dependendo da severidade do estresse, pode entrar em ação um importante sistema antioxidativo auxiliar que conta com a participação de compostos fenólicos como os flavonoides. No presente trabalho, o tecido foliar de dois clones comerciais de Eucalyptus urophylla (AEC 0144 e IPB1) submetidos a restrição hídrica e posteriormente a reidratação foi analisado. Para ambos os clones, a restrição hídrica diminuiu o conteúdo relativo de água e aumentou a temperatura da superfície foliar. Também, para ambos os clones, observou-se a tendência de plantas submetidas a restrição hídrica apresentarem maior conteúdo de H2O2 do que plantas controle, bem como de plantas IPB1 demonstrarem maior conteúdo deste do que plantas AEC 0144 sob tal condição. Ainda, a restrição hídrica aumentou a peroxidação lipídica, sendo menor a extensão dos danos causados por esta nas plantas AEC 0144 do que em plantas IPB1. Para estes parâmetros, diferenças estatísticas significativas não foram observadas entre os tratamentos após a reidratação. As análises de GC-MS (PCA, volcano plot e MetPA) permitiram identificar metabólitos e vias metabólicas associados a restrição hídrica e reidratação nos dois clones e demonstraram respostas específicas destes às condições hídricas analisadas. Ao que tudo indica, o clone AEC 0144 em restrição hídrica investe no acúmulo de dissacarídeos enquanto o clone IPB1 investe no acúmulo de inositóis. A análise de LC-MS (VIPs) demonstrou que as respostas às diferentes condições hídricas foram altamente específicas do genótipo e que os flavonoides foram importantes para a separação de grupos. Já as análises univariadas (volcano plot) mostraram que os flavonoides apresentaram maior abundância relativa em plantas tratadas do clone AEC 0144 do que em plantas do clone IPB1, incluindo, dentre estes, flavonoides com grande potencial antioxidante. Os dados observados confirmam que os flavonoides podem ser um interessante método de rastreio de plantas de eucalipto com melhor performance perante condições estressantes. A identificação de perfis associados a melhor performance durante o estresse, bem como melhor recuperação após este pode ser de grande valia para o avanço de programas de melhoramento genético.
Title in English
Comparative analysis of metabolic responses to water restriction and rehydration in leaves of two commercial clones of Eucalyptus
Keywords in English
Flavonoids
GC-MS
LC-MS/MS
Recovery
Water stress
Abstract in English
The brazilian forest sector has a great economic, social and environmental importance. Brazil occupies in the world ranking the first position in the categorie pulp export and the second position in the pulp production. Most of the planted forest areas in the country are composed of species belonging to the Eucalyptus genus. In these areas, cumulative precipitation deviations have been observed in recent years. Based on this, and in the projections of increased droughts caused by climate changes, it becomes central the understanding of how plants respond to this type of stressful situation. Drought causes various damages in plant, limiting its yield and causing great losses. Plant responds morphologically, physiologically and biochemically when trying to deal with a stressful situation. At the metabolic level, plant primary and secondary metabolism are affected. As a consequence of the stressful condition, reactive oxygen species (ROS) increase. These compounds are capable of causing damages to other molecules leading to cell death. Depending on the stress severity, an important auxiliary antioxidant system that contains phenolic compounds such as flavonoids may act. In this work, leaf tissues of two commercial clones of Eucalyptus urophylla (AEC 0144 and IPB1) under water restriction and subsequent rehydration were analyzed. For both clones, water restriction decreased the relative water content and increased superficial leaf temperature. Also, for both clones, there was a tendency for plants under water restriction to have higher H2O2 content than control plants, as well as for IPB1 plants have higher content of this compound than AEC 0144 plants under such condition. In addition to this, water restriction increased lipidic peroxidation and a lesser extent of the damages caused by this peroxidation was observed in AEC 0144 plants than in IPB1 plants. For these parameters, statistically significant differences were not observed between control and treated plants after rehydration. GC-MS analyses (PCA, volcano plot and MetPA) allowed to identify metabolites and metabolic pathways associated with water restriction and rehydration in both clones and showed specific responses of these materials to the water regimes analyzed. Apparently, AEC 0144 clone under water-restriction invests in disaccharide accumulation while IPB1 clone invests in inositol accumulation. LC-MS analysis (VIPs) showed that the responses to different water conditions were highly genotype-specific and that flavonoids were important for group separation. Univariate analysis (volcano plot) showed that flavonoids had higher relative abundance in AEC 0144 treated plants than in IPB1 treated plants including, among these, flavonoids with high antioxidant potential. The results confirm that flavonoids may be an interesting screening method for a better performance in eucalyptus plants under stressful conditions. The identification of profiles related with better performance during stress, as well as better recovery after stress, may be of great value for the progress of genetic breeding programs.
 
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Publishing Date
2020-06-05
 
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