Análise do perfil ionômico e de respostas ao estresse por calor em acessos de Oryza australiensis

Abstract

O arroz (Oryza sativa L.) é uma das principais culturas alimentares do mundo, alimento básico para cerca de três bilhões de pessoas. Apesar de sua importância como fonte de carboidratos, o arroz branco possui baixas concentrações de nutrientes essenciais, dentre eles os micronutrientes ferro (Fe) e zinco (Zn), essenciais à saúde humana. Devido às mudanças climáticas, a temperatura pode aumentar 2,5 °C até 2050. Nesse cenário, eventos como ondas de calor seriam mais frequentes e de maior duração. O estresse por alta temperatura pode causar danos significativos às plantas com subsequente perda de rendimento e produtividade. O arroz é especialmente suscetível ao calor durante seu desenvolvimento e fertilização. O gênero Oryza inclui 27 espécies, dentre as quais duas espécies cultivadas, sendo distribuídas e adaptadas a diferentes ambientes ao redor do planeta, o que as torna uma fonte potencial de alelos e de novos mecanismos que podem contribuir para o melhoramento de características nutricionais e adaptabilidade a estresses bióticos e abióticos em Oryza sativa. Oryza australiensis é uma planta perene, amplamente distribuída ao norte de Queensland (Austrália), e a única representante do genoma EE no gênero Oryza. Em trabalhos já publicados, foi demonstrado que a espécie possui uma rubisco ativase (Rca) termotolerante que mantém suas variáveis fotossintéticas e de crescimento ativos quando exposta à altas temperaturas. Assim, o presente estudo teve como objetivo avaliar a termotolerância de nove acessos de O. australiensis e identificar novos mecanismos envolvidos na termotolerância dessa espécie. Adicionalmente, avaliamos a concentração de macro e micronutrientes em folhas e sementes desses acessos. Em experimentos de estresse por calor o acesso AUS1 apresentou indução de crescimento de parte aérea e variáveis de fotossíntese comparáveis ao tratamento controle, ao contrário do que foi observado para O. meridionalis e O. sativa. Esse mesmo acesso teve aumento significativo apenas para Fe e Zn no grão, dos 14 elementos analisados, quando comparado com genótipos de O. sativa. Por fim, montamos o experimento de estresse por calor com plantas do acesso AUS1 e Oryza sativa cv. Nippombare e coletamos amostras de folha para análise de transcriptoma. As extrações de RNA já foram realizadas e as amostras serão enviadas para sequenciamento o mais breve possível. Com o transcriptoma, acreditamos que novos genes e mecanismos serão encontrados na resposta de tolerância ao calor de O. australiensis.

Rice (Oryza sativa L.) is one of the main food crops in the world, a staple food for about three billion people. Despite its importance as a source of carbohydrates, white rice has low concentrations of essential nutrients, including the micronutrients iron (Fe) and zinc (Zn), essential to human health. Due to climate change, the temperature may rise by 2.5 °C by 2050. In this scenario, events such as heat waves would be more frequent and of longer duration. High temperature stress can cause significant damage to plants with subsequent loss of yield and productivity. Rice is especially susceptible to heat during development and fertilization. The Oryza genus includes 27 species, in addition to two cultivated species, being distributed and adapted to different environments around the planet, which makes them a potential source of alleles and new mechanisms that can contribute to the improvement of nutritional characteristics and adaptability to biotic and abiotic stresses in Oryza sativa. Oryza australiensis is a perennial plant, widely distributed in northern Queensland (Australia), and the only representative of the EE genome in the Oryza genus. In works already published, it was demonstrated that the species has a thermotolerant rubisco activase (Rca) that keeps the photosynthetic and growth parameters active when exposed to high temperatures. Thus, the present study aimed to evaluate the thermotolerance of nine accessions of O. australiensis and to identify new mechanisms involved in the thermotolerance of this species. Additionally, we evaluated the concentration of macro and micronutrients in leaves and seeds of these accessions. In heat stress experiments, the AUS1 access showed shoot growth induction and photosynthesis parameters comparable to the control situation, contrary to what was observed for O. meridionalis and O. sativa. This same access had a significant increase only for Fe and Zn in the grain, of the 14 elements analyzed, when compared with O. sativa genotypes. Finally, we set up the heat stress experiment with plants from the AUS1 and Oryza sativa cv. Nippombare and collected leaf samples for transcriptome analysis. The RNA extractions have already been carried out and the samples will be sent for sequencing as soon as possible. With the transcriptome, we believe that new genes and mechanisms will be found in the heat tolerance response of O. australiensis.