Bases moleculares da resinagem em Pinus elliotti Engelm

Abstract

O cultivo florestal de Pinus elliottii (Engelm.) é uma fonte sustentável de celulose, madeira e resina. A resina é uma mistura terpênica complexa e viscosa, que é secretada pelo tronco, cones e folhas em resposta a dano mecânico, atuando como barreira física no selamento do ferimento e, por vezes, no aprisionamento de insetos herbívoros. A resina é composta por moléculas voláteis e não voláteis capazes de inibir o crescimento de microrganismos, bem como repelir insetos e atrair agentes de relação tritrófica (predadores de herbívoros). Devido às propriedades físico-químicas deste material, a resina é um dos produtos não-madeireiros mais valiosos da indústria florestal, com aplicações em diversos segmentos, desde indústria farmacêutica, de cosméticos e alimentos, até produção de tintas, solventes, borrachas, adesivos, biocombustíveis, etc, capaz de substituir diversos produtos derivados do petróleo. A resina é extraída de árvores adultas com cortes periódicos transversais que removem a casca do tronco, expondo o câmbio e lenho recente. Sobre o dano é aplicada uma pasta indutora da biossíntese de terpenos, visando aumento de produção. Diversos estudos tratam da prospecção e validação de novas substâncias adjuvantes com capacidade indutora de resinose, almejando, principalmente, compostos de menor custo e toxicidade, mas com eficácia de indução de resina similar ou superior aos já utilizados comercialmente. No entanto, estes estudos são laboriosos, caros e demorados em função da condução de ensaios em condições de campo com elevado número de árvores adultas. Frente a este quadro, utilizamos plantas jovens com idades entre 1 e 3 anos como modelo experimental para possível identificação de novos adjuvantes indutores, em um sistema que denominamos “microrresinagem”. Plantas jovens responderam à indução de adjuvantes conhecidos como muito potentes em árvores adultas, embora as plantas de menor idade não tenham acusado diferença estatística em relação a indutores com potencial mediano de estimulação de resinose, mas ainda assim efetivos em indivíduos maduros. Ainda neste sistema experimental, foi possível identificar de modo precoce indivíduos com diferentes capacidades de produção de resina (altamente resinosos e pouco resinosos). Além disso, a análise dos perfis de expressão de genes de duas terpeno-sintases (α e β-PINENO SINTASES) e de um fator de transcrição responsivo a etileno (ERF112) mostrou que os mesmos têm potencial para diagnóstico molecular de fenótipo resinífero. Por outro lado, as bases moleculares de indução de resina por pastas indutoras comerciais à base de ácido e precursores sintéticos de etileno em plantas adultas de P. elliottii ainda são desconhecidas. Visando aumentar o entendimento dos processos moleculares subjacentes à resinose em P. elliottii, foi realizado um estudo transcriptômico comparativo entre plantas adultas controle (somente ferimento) e tratadas com pasta comercial (ferimento seguido de aplicação de pasta), 5 ou 15 dias após a realização da estriagem. Dentre as alterações observadas, destacaram-se resposta a dano oxidativo, restauração de parede celular e metabolismo de fitormônios, além de diversas respostas de defesa, revelando uma intrincada rede de regulação da produção de resina. O conjunto de resultados desta Tese lança luz sobre novos aspectos da resinagem comercial de P. elliottii, oferecendo ferramentas para o melhoramento genético e manejo florestal voltado à indústria de bioresina.

Plantations of slash pine (Pinus elliotii Engelm.) are a sustainable source of cellulose, paper and resin. Resin is a complex and viscous blend of terpenes secreted by the trunk, cones and leaves as a result of mechanic damage, acting as a physical barrier sealing the wound and sometimes entrapping insect herbivores. Resin is composed of volatile and non-volatile molecules, which are capable of inhibiting the growth of microorganisms, as well as repel insects and attract agents of tritrophic relations (predators of herbivores). Due to its physico-chemical properties, resin is one of the most valuable non-wood products of the forestry industry, finding applications in several sectors, including pharmaceutical, cosmetic, and food industry, production of paints, solvents, rubber, adhesives, biofuels, among others, being able to replace various petroleum-derived products. Resin is extracted from adult plants periodically wounded with a transversal cut for bark removal and exposure of the cambium and early sapwood. A terpene biosynthesis stimulant paste is applied on the wound line to increase resin yields. Several studies deal with the screening and validation of new adjuvant substances with resinosis stimulation capacity, targeting low cost and reduced toxicity compounds, but that are still able to stimulate resin exudation at equivalent or superior levels compared to those currently commercially used. Nonetheless, these studies are rather laborious, expensive and time-consuming, as a function of the need to carry out assays under field conditions with a high number of adult trees. This system also allowed the precocious identification of individuals with different capacities of resin production (highly and poorly resinous). Moreover, the analyses of gene expression profiles of two terpene synthases (α and β-PINENE SYNTHASES) and an ethylene responsive transcription factor (ERF 112) showed that these have diagnostic potential for the resiniferous phenotype. On the other hand, the molecular bases of resin induction by commercial stimulant pastes using acid and a synthetic precursor of ethylene in adult slash pine trees are still largely unknown. With the purpose of expanding the understanding of the underlying processes involved in slash pine resinosis, a transcriptomic study was conducted comparing control (wound only) and commercial paste-treated adult trees (wound plus paste application), 5 and 15 days after bark streaking. Among the observed changes, a few were highlighted, such as oxidative damage response, cell wall restoration, and phytohormone metabolism, as well as several defense responses, uncovering an intricate network of regulation of resin production. The combined findings of this thesis shed light on novel aspects of commercial resin tapping in slash pine, supplying potential tools for genetic improvement and forest stand management aiming at bioresin supply.