Cadmium (Cd) is a heavy metal whose concentration has increased considerably over the last few decades in several countries (due to anthropogenic activities). This metal is potentially harmful to human health and plants, and is one of the most threatening contaminants to the environment. However, there are few studies that deal with the development of management strategies to reduce the Cd contamination of edible parts of plants, in line with the understanding of the roles played by root and shoot in the tolerance pattern, as well as focusing on related endogenous mechanisms. Even though studying genotypes with contrasting Cd tolerance is able to reveal important contrasts related to Cd tolerance, accumulation and uptake, there is a lack of studies focused on reciprocally grafted tomato plants regarding Cd tolerance (that is, Cd-tolerant and Cd-sensitive genotypes grafted with each other as rootstock or scion). Here, we performed a study on grafted tomato plants using tomato genotypes with contrasting Cd tolerance. For the present work, reciprocal grafting between tolerant and sensitive tomato genotypes was used as a unprecedented tool, in order to provide a first insight into the organ-tissue-specific contribution of the tomato genotypes to Cd tolerance mechanisms, uptake and accumulation at early stages of exposure to Cd. We studied the Cd uptake kinetics of the tomato genotypes. Further, we studied enzymatic antioxidant responses in tomato plants. Evaluations of six antioxidant enzymes were performed in addition to the study of Cd accumulation, oxidative stress, bioconcentration factor, phytochelatin synthesis, expression of genes encoding phytochelatin synthases and root transporters, nutrient status and plant growth evaluations. The results showed that, compared with seedlings grafted onto the sensitive root, seedlings grafted onto the tolerant one showed lower Cd uptake, accumulation, and higher efficiency of the enzymatic antioxidant system in response to Cd exposure, in addition to higher concentrations of PCs in roots. Finally, we evaluated the chlorophyll content, proteome and phosphoproteome in leaves of grafted tomato plants. The results provide early evidence for the positive influence of the root system of a tolerant cultivar on the Cd-exposed tomato proteome coupled to Cd-induced phosphoproteomic responses in grafted tomato at an early stage of plant exposure.

O cádmio (Cd) é um metal pesado cuja concentração aumentou consideravelmente nas últimas décadas em vários países (devido a atividades antroprogênicas). Esse metal é potencialmente prejudicial à saúde humana e às plantas, sendo um dos contaminantes mais ameaçadores para o meio ambiente. No entanto, poucos são os estudos que abordam o desenvolvimento de estratégias de manejo para reduzir a contaminação por Cd em partes comestíveis de plantas, em consonância com o entendimento dos papéis desempenhados pela raiz e pela parte aérea no padrão de tolerância, além de enfocar em mecanismos endógenos relacionados. Embora o estudo de genótipos com tolerância ao Cd contrastante seja capaz de revelar contrastes importantes relacionados a mecanismos de tolerância, acúmulo e absorção do Cd, há precariedade de estudos focados em tomateiros enxertados reciprocamente em relação à tolerância ao Cd. Neste trabalho, nós realizamos um estudo sobre tomateiros enxertados utilizando genótipos com tolerância contrastante ao Cd. A enxertia recíproca entre um genótipo de tomateiro tolerante e outro sensível foi utilizada como uma ferramenta sem precedentes, a fim de fornecer uma primeira percepção sobre a contribuição órgão-tecido específica dos genótipos de tomateiro para os mecanismos de tolerância ao Cd, absorção e acúmulo em estágios iniciais de exposição ao metal pesado. Para tanto, nós estudamos a cinética de absorção de Cd. Avaliações de seis enzimas antioxidantes também foram realizadas, além do estudo do acúmulo de Cd, estresse oxidativo, fator de bioconcentração, síntese de fitoquelatina, expressão de genes codificantes para fitoquelatina sintases e transportadores de raiz, estado nutricional e avaliações de biomassa. Os resultados mostraram que, em comparação com as mudas enxertadas sobre a raiz sensível, as mudas enxertadas sobre a raiz tolerante apresentaram menor absorção e acúmulo de Cd e maior eficiência do sistema antioxidante enzimático em resposta à exposição ao Cd, bem como maior concentração de PCs em raízes. Por fim, avaliamos o teor de clorofila, proteoma e fosfoproteoma em folhas de tomateiros enxertados. Os resultados fornecem evidências pioneiras sobre a influência positiva do sistema radicular de uma cultivar tolerante ao proteoma de tomateiro exposto ao Cd, acoplado às respostas fosfoproteômicas induzidas pelo Cd em tomateiro enxertado, em um estágio inicial de exposição ao metal pesado.