CASTRO, J. L. S. A toxidade do ácido ascórbico em plantas de arroz silenciadas nas APXs cloroplásticas induz estresse oxidativo não dependente da fotossíntese. 2014. 79 f. Dissertação (Mestrado em Bioquímica) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Daniel Eduardo Alencar da Silva (dealencar.silva@gmail.com) on 2015-01-22T18:39:40Z
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Previous issue date: 2014 / Ascorbic acid (AA) is one of the most important antioxidants in plant protection against the oxidative stress generated by abiotic stresses. In animal cells, several works have shown that high concentrations of this acid can cause toxicity and cell death. The proposed mechanism is related to a pro-oxidant action by the reduction of Fe+3 to Fe+2 and by the action of this Fe+2 in the Fenton reaction with generation of reactive oxygen species (ROS). To the best of our knowledge, this mechanism has not been reported yet. The objective of this work was to elucidate toxicity mechanisms of high concentrations of AA in plants using rice mutants with deficiency (gene silencing) in two chloroplastic APX (stromal and thylakoidal) as model. Forty-five days old silenced plants and non-transformed (NT) were exposed to 10 mM (moderate concentration) and 50 mM (high concentration) of exogenous AA (sprayed on leaves). These concentrations were defined based on dose-dependent experiments from 0 to 50 mM using leaf segments in plates. In order to assess the protective effect (antioxidant) of the AA, plants and leaf segments were exposed to high light intensity (1000 µmol m-2 s 1) to induce photooxidative stress. AA concentrations higher than 30 mM induced oxidative stress (increase in the TBARS level) in leaf segments and this effect was enhanced by high light. In addition to the oxidative damage, these AA concentrations induced an increase in membrane damage (electrolytes leakage) and reduction in photosystem II integrity (Fv/Fm). Interestingly, the 10 and 20 mM concentrations did not mitigate the negative effects caused by the light excess. The high AA concentration (50 mM) induced leaf senescence under high light, indicated by the decrease in chlorophyll and carotenoids contents. Plants deficient in two chloroplast APX (APX7/8) displayed higher sensibility to AA toxicity, especially in combination with high light. These effects were indicated by exhibition of higher levels of TBARS (lipid peroxidation), electrolyte leakage, H2O2 and superoxide radical. Curiously, the transgenic plants under high AA concentrations did not exhibited differences for several photosynthetic parameters: CO2 assimilation rate and PSII (ΦPSII, ETR, NPQ e Fv/Fm) and PSI efficiency indicators (ΦPSI, ETR e P700), apart from the estimation of cyclic flux (CEF), compared with NT. Despite the AA toxicity have not changed the parameters of photosynthesis in APX-deficient plants, the sole presence of high light caused changes in some parameters of photochemical activity in these plants.The data set of this work shows that the excess of AA may cause toxicity in plants. The intensity of these effects is strongly enhanced by the excess of light but they are not dependent on photosynthesis. In this work, the roles of the two chloroplastic APX and/or high light on the AA toxicity still unclear, despite the deficient plants had showed increased sensibility. Apparently, the mechanism of AA toxicity in plants is similar to the proposed for animal cells.This antioxidant, when in excess, can act as a pro-oxidant stimulating Fenton reactions, inducing the accumulation of ROS and resulting oxidative stress. Further studies are needed to elucidate the role of the chloroplast APXs and high light on the toxicity of ascorbic acid in plants. / O ácido ascórbico (AA) é um dos antioxidantes mais importante na proteção das plantas contra o estresse oxidativo gerado por estresses abióticos. Em células animais, diversos trabalhos têm demonstrado que concentrações elevadas desse ácido podem causar toxicidade e morte celular. O mecanismo proposto é de uma ação pro-oxidante, por meio da redução de Fe+3para Fe+2 e ação desse último na reação de Fenton, com geração de espécies reativas de oxigênio (EROs). Até o nosso conhecimento, esse mecanismo ainda não foi relatado em plantas. O objetivo deste trabalho foi elucidar mecanismos de toxicidade de concentrações elevadas de AA em plantas, utilizando como modelo mutantes de arroz com deficiência (silenciamento gênico) nas duas APX de cloroplasto (estromal e tilacoidal). Plantas silenciadas e não transformadas (NT) com 45 dias de idade foram expostas a 10 mM (concentração moderada) e 50 mM (concentração elevada) de AA exógeno (pulverizado nas folhas). Essas concentrações foram definidas a partir de experimentos dose-dependente de 0 a 50 mM utilizando segmentos foliares em placa. No sentido de avaliar o efeito protetor (antioxidante) do AA, plantas e segmentos foliares foram expostos a intensidade de luz elevada (1000 µmol m-2 s-1) para induzir estresse fotoxidativo. Concentrações de AA acima de 30 mM induziram estresse oxidativo (aumento no nível de TBARS) em segmentos de folhas e esse efeito foi potencializado por luz elevada. Além de dano oxidativo, esses níveis de AA induziram aumento no dano de membrana (vazamento de eletrólitos) e redução na integridade do fotossistema II (Fv/Fm). É interessante notar que as concentrações de 10 e 20 mM de AA não mitigaram os efeitos negativos causados pelo o excesso de luz. A concentração elevada de AA (50 mM) induziu senescência foliar na presença de luz elevada, indicada por redução nos conteúdos de clorofilas e carotenoides. As plantas deficientes nas duas APXs de cloroplasto (APX7/8) apresentaram maior sensibilidade a toxicidade do AA, especialmente na combinação com luz elevada. Esses efeitos foram indicados por exibirem maiores níveis de TBARS (peroxidação lipídica), vazamento de eletrólitos, H2O2e radical superóxido. Curiosamente, as plantas mutantes na presença de AA elevadonão apresentaram diferenças em diversos parâmetros da fotossíntese: taxa de assimilação de CO2 e indicadores de eficiência doFSII (ΦPSII, ETR, NPQ e Fv/Fm) e FSI (ΦPSI, ETR e P700), além da estimativa do fluxo cíclico (CEF), quando compradas com as NT. A despeito da toxicidade de AA não ter alterado os parâmetros da fotossíntese nas plantas deficientes em APX, a presença de luz elevada, isoladamente, causou mudanças em alguns parâmetros da atividade fotoquímica nessas plantas. O conjunto dos dados deste trabalho mostra que o excesso de AA pode causar toxicidade em plantas. A intensidade desses efeitos é fortemente potencializada pelo excesso de luz, mas eles não são dependentes da fotossíntese. O papel das duas APXs de cloroplasto e da luz elevada na toxicidade de AA não ficou claro neste trabalho, apesar das plantas deficientes terem mostrado maior sensibilidade. Aparentemente, o mecanismo de toxicidade de AA em plantas é semelhante ao proposto para células animais. Esse antioxidante quando em excesso pode atuar como pro-oxidante estimulando as reações de Fenton, induzindo a acumulação de EROs e gerando estresse oxidativo. Novos estudos são necessários para elucidar o papel das APXs de cloroplasto e da luz elevada na toxicidade de ácido ascórbico em plantas.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.repositorio.ufc.br:riufc/15015 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Castro, Jamyla Lima Saboya de |
| Contributors | Silveira , Joaquim Albenísio Gomes da |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFC, instname:Universidade Federal do Ceará, instacron:UFC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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