A nitrato redutase (NR) atua juntamente com a nitrito redutase (NiR) catalisando a primeira etapa da redução do nitrato. A NR, no citossol, é ativada, principalmente, pela luz e reduz o nitrato a nitrito. Em seguida, este é reduzido a amônio. Trabalhos anteriores demonstraram que a isoforma citossólica da NR está presente nas folhas e raízes do abacaxizeiro; já as associadas à membrana plasmática (NRMP) ainda não se tem registro. Sabe-se, no entanto, que a NRMP apresenta modos diferentes de ativação, como já constatados para outras espécies. Dentre os fatores que afetam sua atividade pode-se citar a temperatura. Pesquisas realizadas no Laboratório de Fisiologia Vegetal do IBUSP, acerca da influência do termoperíodo sobre os metabolismos nitrogenado e fotossintético de plantas de abacaxizeiro, aventaram a hipótese de que haveria uma nitrato redutase específica de membrana plasmática presente nas células radiculares, a qual seria regulada por termoperíodo, diferindo, portanto, da isoforma citossólica presente nas folhas. Assim, o presente trabalho teve como objetivo principal demonstrar a existência de uma isoforma da NR associada à membrana plasmática, a qual seria responsável pelo incremento da atividade dessa enzima registrada nas raízes de Ananas comosus, quando plantas cultivadas in vitro são submetidas ao termoperíodo (28°C dia/ 15°C noite). Para tanto, determinou-se o tempo mínimo de exposição das plantas de abacaxizeiro ao termoperíodo, necessário à indução da nitrato redutase radicular. Além disso, estudou-se a influência da idade das plantas na resposta ao tratamento com baixa temperatura noturna. Plantas cultivadas in vitro com 90 dias de idade ou com idades variadas foram transferidas para câmaras de crescimento com temperatura constante (28°C dia/noite controle experimental) ou com termoperíodo (28°C dia/ 15°C noite), fotoperíodo de 16 horas e intensidade luminosa de 55 moles m-2 s -1. Elas permaneceram nessas condições por 1, 3, 5, 7, 15, 30, 40, 50 ou 60 dias. Após cada período, a atividade in vivo da NR foi analisada durante a fase de ausência de luz. Para que fosse possível identificar uma possível NRMP nas células radiculares de abacaxizeiro, um método de ensaio in vitro foi padronizado e a melhor técnica de isolamento de frações de membrana plasmática foi selecionada. Após as plantas com 60 dias de idade serem submetidas por 30 dias ao tratamento termoperiódico ou à temperatura constante, as frações de membrana plasmática das células radiculares foram isoladas e o ensaio in vitro da NR foi realizado, utilizando-se NADH, NADPH ou succinato como doadores de elétrons. Os resultados indicaram que o tempo mínimo de exposição das plantas de abacaxizeiro ao termoperíodo foi de 30 dias. O método de ensaio enzimático in vitro foi padronizado para as plantas de abacaxizeiro e a técnica de isolamento de frações de membrana plasmática que se mostrou mais adequada para essa bromélia foi a de fracionamento por sistema de duas fases com Dextran T-500 e PEG 3350. O grau de pureza das frações, avaliado pela detecção da atividade da enzima citoplasmática malato desidrogenase (MDH), foi em média de 95%, evidenciando a eficácia da pradronização do método. Os resultados obtidos para as frações de membranas plasmáticas, extraídas das raízes das plantas que estiveram sob o tratamento termoperiódico, mostraram que a baixa temperatura noturna influenciou positivamente a atividade da nitrato redutase. O aumento da atividade foi observado quando NADH, NADPH ou succinato foram utilizados como doadores de elétrons. Isso significa que, provavelmente, mais de uma isoforma da NRMP está presente nas raízes de abacaxizeiro. Além disso, há indícios de que a isoforma que está ligada externamente à membrana por uma âncora glicosídica (que utiliza succinato como doador de elétrons) está presente nas células radiculares do abacaxizeiro e respondeu positivamente ao estímulo da baixa temperatura noturna. Em contrapartida, nenhuma diferença pôde ser observada quando as atividades da NR foram medidas nas frações de citoplasma das plantas controle e daquelas que foram tratadas com termoperíodo. Não foi detectada atividade nas frações citossólicas quando succinato foi oferecido como poder redutor da NR. Concluiu-se, portanto, que o incremento na atividade da NR, verificado nas plantas que foram tratadas com termoperíodo, deveu-se à indução pela baixa temperatura noturna da NRMP. Esta pesquisa trouxe contribuições importantes acerca da existência de uma nitrato redutase associada à membrana plasmática em abacaxizeiro, nunca antes detectada em uma bromélia e muito pouco estudada nos demais vegetais. As padronizações realizadas serão essenciais para aplicação em outras pesquisas do Laboratório de Fisiologia Vegetal do IBUSP, abrindo oportunidades para se aprofundar ainda mais o tema sobre o controle da ativação da NR. / The nitrate reductase (NR) acts together with the nitrite reductase (NiR) to catalyze the first step of the nitrate reduction. The NR localized in the cytosol is activated mainly by light and reduces nitrate to nitrite, followed by its reduction to ammonium. Previous work demonstrated that the cytosolic isoform of NR is present in leaves and roots of Ananas comosus, although the isoform associated with the plasma membrane (PM-NR) has not yet been registered in this species. The PM-NR has different modes of activation in comparison to the cytosolic NR, as already demonstrated in other species. Among the factors that affect its activity can be mentioned the temperature. Experiments developed in the Laboratory of Plant Physiology of IBUSP hypothesized that exists a specific plasma membrane NR in plant roots regulated by thermoperiod, differing from the cytosolic isoform present in leaves. The present work aimed to demonstrate the existence of this isoform of NR present in the plasma membrane, which would be responsible for the increase of its activity in Ananas comosus roots when plants were cultivated in vitro under thermoperiod of 28°C day/ 15°C night. Initially, it was important to determine the minimum time of exposure to thermoperiod necessary for the induction of nitrate reductase in roots of pineapple plants. Furthermore, it was analyzed the influence of age in the response of plants to low night temperature treatment. For this purpose, plants with different ages cultivated in vitro were transferred to growth chambers either with constant temperature (28°C day/night experimental control) or with thermoperiod (28°C day/ 15°C night). The plants were cultivated in these conditions during 1, 3, 5, 7, 15, 30, 40, 50 or 60 days and then the in vivo NR activity was analyzed in the shoot and root tissues during the dark period. In order to identify a probable PM-NR in the pineapple root cells, it was also necessary to develop a NR in vitro assay protocol specific for Ananas comosus and the appropriate technique for plasma membrane isolation (Dextran T-500 and PEG 3350). The purity of the fractions, determined by the activity of cytoplasmic enzyme malate dehydrogenase (MDH), was on average 95%, indicating the effectiveness of the method. The next step was to evaluate the NR activity in citoplasmic and plasma membrane fractions of root tissues of Ananas comosus. Using 60 daysold plants exposed either to 30 days under the thermoperiodic treatment or to constant temperature, the plasma membrane fractions of roots were isolated and the in vitro NR assay was performed using NADH, NADPH or succinate as electron donators. The results indicated that the minimum thermoperiod exposure time necessary to induce NR activity was 30 days. Furthermore, it was demonstrated that low temperatures during the dark period positively influenced the activity of nitrate reductase in plasma membrane fractions and that the increase in its activity was observed when NADH, NADPH or succinate were used as electron donors. On the other hand, no difference in NR activity was observed in the cytoplasmic fraction of control plants and those which were treated with thermoperiod. Moreover, no NR activity was detected in cytosolic fractions when succinate was provided as electron donor. All together, this results showed that probably diferents isoforms are presents in pineapple roots. The extracellular isoform that is attached to the plasma membrane by a lipophilic anchor (using succinate as electron donor) can be present in root cells of pineapple and responded positively to the low night temperature stimulus. This study has made important contributions to the knowledge of the metabolism and physiology of Ananas comosus. This is the first time that the existence of a nitrate reductase associated with the plasma membrane, a very little studied enzyme, is documented in Bromeliaceae.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-07122010-105124 |
| Date | 14 October 2010 |
| Creators | Alessandra de Souza Santos |
| Contributors | Helenice Mercier, Gilberto Barbante Kerbauy, Catarina Carvalho Nievola |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Ciências Biológicas (Botânica), USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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