Análises transcriptômica e bioquímica revelam vias integrativas entre os metabolismos de carbono e nitrogênio em Guzmania monostachia (Bromeliaceae) sob seca.

Resumo

A maioria da plantas epífitas é encontrada em ambientes com pouca disponibilidade de nutriente e de água. Para enfrentar a limitação de água, muitas bromélias realizam o metabolismo ácido das crassuláceas (CAM), como Guzmania monostachia, que altera de C3 para CAM e pode reciclar o CO2 da respiração enquanto os estômatos permanecem fechados durante o dia e noite (modo CAM-idling). Já que os tricomas foliares absorventes podem estar em contato com nutrientes orgânicos (ureia) e inorgânicos (NO3-, NH4+) e que a hidrólise da ureia libera NH4+ e CO2, nós hipotetizamos que a ureia pode integrar os metabolismos de N e C durante períodos de seca severa. Nessa condição, NH4+ pode ser assimilado em aminoácido por meio da GS, enquanto o CO2 pode ser pré-fixado pela PEPC. Nesse contexto, nós avaliamos no transcriptoma foliar de Guzmania monostachia a expressão gênica relativa de alguns genes envolvidos como CAM e com o metabolismo de N quando as bromélias foram submetidas a 7 dias de seca. Nós também conduzimos um experimento em condições controladas por um período expandido de déficit hídrico (21d) em que as bromélias foram cultivadas em diferentes fontes de N (ureia, NH4+, NO3-). Os resultados do transcriptoma demonstraram um incremento na expressão de genes relacionados com o CAM, particularmente daqueles envolvidos no metabolismo de carboxilação (PEPC1, PPCK, NAD-MDH), no movimento de malato através da membrana do vacúolo (ALMT9), e no processo de descarboxilação (PEPCK). A ureia estimulou a expressão de PEPC1 e ALMT9, enquanto que os transcritos de Urease aumentaram sob deficit hídrico. Sob essa mesma condição, a expressão do gene de GS1 aumentou, indicando que o NH4+, proveniente da hidrólise da ureia, pode ser assimilado no citossol. Sugerimos que a ligação entre os metabolismos de C e N ocorreram por meio do fornecimento de esqueleto carbônico (2-OG) pela isocitarto desidrogenase citossólica, já que o número de transcritos de NADP-ICDH foi também maior sob condição de seca. Esses resultados indicam que a hidrólise da ureia fornece NH4+, que pode ser consumido por meio do ciclo GS1/GOGAT , o CO2 pode ser utilizado pelo CAM, mantendo a eficiência fotossintética mesmo quando os estômatos permanecem fechados por 24h (CAM-idling), como em caso de escassez hídrica severa. Assim, nós sugerimos que a ureia pode ser usada pela Guzmania monostachia como uma estratégia para aumentar sua sobrevivência sob seca, integrando os metabolismos de N e C. (AU)