CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / O Ãcido ascÃrbico (AA) à um dos antioxidantes mais importante na proteÃÃo das plantas contra o estresse oxidativo gerado por estresses abiÃticos. Em cÃlulas animais, diversos trabalhos tÃm demonstrado que concentraÃÃes elevadas desse Ãcido podem causar toxicidade e morte celular. O mecanismo proposto à de uma aÃÃo pro-oxidante, por meio da reduÃÃo de Fe+3para Fe+2 e aÃÃo desse Ãltimo na reaÃÃo de Fenton, com geraÃÃo de espÃcies reativas de oxigÃnio (EROs). Atà o nosso conhecimento, esse mecanismo ainda nÃo foi relatado em plantas. O objetivo deste trabalho foi elucidar mecanismos de toxicidade de concentraÃÃes elevadas de AA em plantas, utilizando como modelo mutantes de arroz com deficiÃncia (silenciamento gÃnico) nas duas APX de cloroplasto (estromal e tilacoidal). Plantas silenciadas e nÃo transformadas (NT) com 45 dias de idade foram expostas a 10 mM (concentraÃÃo moderada) e 50 mM (concentraÃÃo elevada) de AA exÃgeno (pulverizado nas folhas). Essas concentraÃÃes 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 Âmol m-2 s-1) para induzir estresse fotoxidativo. ConcentraÃÃes de AA acima de 30 mM induziram estresse oxidativo (aumento no nÃvel de TBARS) em segmentos de folhas e esse efeito foi potencializado por luz elevada. AlÃm de dano oxidativo, esses nÃveis de AA induziram aumento no dano de membrana (vazamento de eletrÃlitos) e reduÃÃo na integridade do fotossistema II (Fv/Fm). à interessante notar que as concentraÃÃes de 10 e 20 mM de AA nÃo mitigaram os efeitos negativos causados pelo o excesso de luz. A concentraÃÃo elevada de AA (50 mM) induziu senescÃncia foliar na presenÃa de luz elevada, indicada por reduÃÃo nos conteÃdos de clorofilas e carotenoides. As plantas deficientes nas duas APXs de cloroplasto (APX7/8) apresentaram maior sensibilidade a toxicidade do AA, especialmente na combinaÃÃo com luz elevada. Esses efeitos foram indicados por exibirem maiores nÃveis de TBARS (peroxidaÃÃo lipÃdica), vazamento de eletrÃlitos, H2O2e radical superÃxido. Curiosamente, as plantas mutantes na presenÃa de AA elevadonÃo apresentaram diferenÃas em diversos parÃmetros da fotossÃntese: taxa de assimilaÃÃo de CO2 e indicadores de eficiÃncia doFSII (ΦPSII, ETR, NPQ e Fv/Fm) e FSI (ΦPSI, ETR e P700), alÃm da estimativa do fluxo cÃclico (CEF), quando compradas com as NT. A despeito da toxicidade de AA nÃo ter alterado os parÃmetros da fotossÃntese nas plantas deficientes em APX, a presenÃa de luz elevada, isoladamente, causou mudanÃas em alguns parÃmetros da atividade fotoquÃmica nessas plantas. O conjunto dos dados deste trabalho mostra que o excesso de AA pode causar toxicidade em plantas. A intensidade desses efeitos à fortemente potencializada pelo excesso de luz, mas eles nÃo sÃo dependentes da fotossÃntese. 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 à semelhante ao proposto para cÃlulas animais. Esse antioxidante quando em excesso pode atuar como pro-oxidante estimulando as reaÃÃes de Fenton, induzindo a acumulaÃÃo de EROs e gerando estresse oxidativo. Novos estudos sÃo necessÃrios para elucidar o papel das APXs de cloroplasto e da luz elevada na toxicidade de Ãcido ascÃrbico em plantas. / 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 Âmol 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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.teses.ufc.br:8609 |
| Date | 14 July 2014 |
| Creators | Jamyla Lima Saboya de Castro |
| Contributors | Joaquim AlbenÃsio Gomes da Silveira, Milton Costa Lima Neto, Evandro Nascimento da Silva |
| Publisher | Universidade Federal do CearÃ, Programa de PÃs-GraduaÃÃo em BioquÃmica, UFC, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFC, instname:Universidade Federal do Ceará, instacron:UFC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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