Ciclotídeos e alcalóides de Psychotria spp.do sul do Brasil:características e possíveis funções

Abstract

Alcalóides estão entre os principais compostos de defesa contra herbívoros presentes em plantas. Apresentam diversas atividades biológicas, incluindo atividade anticâncer, observada, por exemplo, em alcalóides indólicos de Catharanthus roseus. A família Rubiaceae abriga importantes espécies produtoras de alcalóides, tais como o cafeeiro (Coffea arabica) e a quina (Cinchona officinalis), assim como plantas produtoras de peptídeos circulares (ciclotídeos), caso da kalata-kalata (Oldenlandia affinis). Psychotria é o maior gênero de Rubiaceae, sendo rico em espécies acumuladoras de alcalóides. A presença de plantas produtoras de ciclotídeos também foi relatada neste gênero. Algumas espécies de Psychotria do Sul do Brasil são grandes produtoras de alcalóides indólicos, que alcançam até 4% do peso seco das folhas. A elucidação de fatores afetando o metabolismo de alcalóides e de ciclotídeos pode auxiliar na melhor compreensão de sua função ecológica, além de resultar em possíveis avanços no aumento de produtividade para aplicações destas moléculas. Neste trabalho, o controle espaço-temporal do acúmulo do alcalóide indólico antioxidante N,β-ᴅ-glicopiranosil vincosamida (GPV) em plântulas de Psychotria leiocarpa foi estudado em relação à irradiância e acúmulo órgão-específico vegetativo e reprodutivo. Luz, particularmente quando enriquecida na faixa do vermelho-extremo e azul, promoveu o acúmulo do alcalóide. Maiores concentrações de GPV foram observadas em botões florais e flores. GPV mostrou-se um eficiente antioxidante contra oxigênio singleto e superóxido em relação a alcalóides correlatos, sendo comparável à rutina e TroloxTM. Espécies sensíveis a tratamento agudo com UV-B tornaram-se tolerantes após aplicação de GPV em suas superfícies foliares. Os altos teores de GPV em P. leiocarpa (2,5% peso seco), em consonância com o observado em algumas espécies congêneres (braquicerina em P. brachyceras com até 1,8% peso seco e psicolatina em P. umbellata com até 4% peso seco) parecem auxiliar as plantas a mitigar o estresse oxidativo em condições desfavoráveis, sendo, por exemplo, eficientes na proteção de folhas à exposição aguda à UV-B. Porém, estes alcalóides aparentemente não exibem toxidez contra predadores, apesar do baixo grau de dano observado nestas plantas em seu ambiente natural. Por outro lado, P. brachyceras e P. leiocarpa se mostraram espécies extremamente ricas em ciclotídeos, podendo abrigar mais de 17 destes peptídeos, totalizando teores próximos de 0,2% do peso seco de folhas. A função ecológica proposta na literatura para ciclotídeos envolve proteção contra herbívoros, e o ciclotídeo psyleio A, encontrado nas duas espécies de Psychotria estudadas, apresentou eficiente ação inseticida contra Helicoverpa armigera. A concentração dos principais ciclotídeos mostrou-se constitutiva frente a diversos tipos de elicitação. As ações combinadas de alcalóides monoterpeno indólicos antioxidantes e ciclotídeos inseticidas parecem constituir uma estratégia eficiente na proteção destas espécies de Psychotria contra estresses bióticos e abióticos, os quais frequentemente ocorrem de forma combinada em condições de campo.

Alkaloids are among the main defense compounds against herbivores in plants. These metabolites present an array of bioactivities, including anticancer properties, observed for example, in indole alkaloids of Catharanthus roseus. Rubiaceae encompasses important alkaloid-accumulating plants, such as coffe (Coffea arabica) and quine (Cinchona officinalis), as well as plants producing circular peptides, as is the case with kalata-kalata (Oldenlandia affinis). Psychotria is the largest genus within Rubiaceae, being rich in alkaloid accumulating plants. The presence of cyclotide-producing plants is also reported in this genus. Some South Brazilian Psychotria species are extremely rich in indole alkaloids, reaching contents up to 4% dry weight. The elucidation of factors affecting alkaloid and cyclotide metabolism may help to understand ecological function and lead to advances for increasing productivity of these molecules for various aplications. In this work, the spatiotemporal control of concentrations of the antioxidant indole alkaloid N,β-ᴅ-glucopyranosyl vincosamide (GPV) in seedlings of Psychotria leiocarpa was studied in relation to irradiance and organ-specific accumulation in reproductive and vegetative structures. Light, particularly if enriched in the far-red and blue range, promoted alkaloid accumulation. Higher concentrations of GPV were found in flowers and floral buds. GPV was an efficient antioxidant against singlet oxygen and superoxide relative to similar alkaloids, being comparable to rutin and TroloxTM. Plant species sensitive to acute UV-B treatment became tolerant after GPV application on their leaf surfaces. The high content of GPV in P. leiocarpa (2.5% dry weight), in line with closely related species (P. brachyceras with up to 1.8% dry weigth of brachycerine and P. umbellata with up to 4% dry weight of psychollatine) seems to aid these plants in mitigating oxidative stress in unfavorable conditons, for example, being efficient in leaf protection upon exposure to acute doses of UV-B. However, these alkaloids do not show overt toxicity against predators, in spite of the low degree of damage observed in these plants in their natural environment. On the other hand, P. brachyceras and P. leiocarpa proved to be extremely rich in cyclotides, bearing more than 17 of these peptides, reaching concentrations close to 0.2% dry weight of leaves. The ecological function proposed for cyclotides involves protection against herbivores. Indeed, the cyclotide psyleio A, found in both species investigated showed effective insecticide activity on Helicoverpa armigera. The concentration of the main cyclotides was constitutive even after several types of elicitation treatments. The combined actions of antioxidant monoterpene indole alkaloids and insecticidal cyclotides seem to constitute an efficient strategy in the protection of these species of Psychotria against biotic and abiotic stresses, which often take place in combined fashion under field conditions.