Caracterização do P5CS (Delta 1-pirrolina-5- carboxilato sintase) em Eugenia uniflora L. e seu perfil de expressão sob estresse hídrico

Abstract

Estresses abióticos podem afetar o crescimento e desenvolvimento das plantas. O gene P5CS (delta 1-pirrolina-5-carboxilato sintase) codifica uma enzima bifuncional, responsável por catalisar uma reação limitante da biossíntese de prolina, a qual é conhecida por ser um osmoprotetor, relacionada com a tolerância a estresses abióticos em plantas, tais como a seca e salinidade. Eugenia uniflora L. (Myrtaceae) é uma espécie de planta que ocorre naturalmente na Mata Atlântica, podendo ser encontrada em diferentes ambientes, tais como matas ciliares e restinga. Esses ambientes são bastante contrastantes em termos de clima, composição de solo, aporte de nutrientes e disponibilidade de água. A plasticidade adaptativa a esses ambientes heterogêneos faz desta espécie um modelo natural para o entendimento sobre mecanismos de adaptação e respostas a estresses ambientais. Tais mecanismos podem estar relacionados à presença de genes de respostas a estresses ambientais como, por exemplo, o gene P5CS. Entretanto, informações sobre o gene P5CS e o seu papel na tolerância a estresses abióticos em E. uniflora ainda não são conhecidas. O objetivo do presente trabalho foi caracterizar o gene P5CS de E. uniflora (EuniP5CS) e avaliar o padrão de expressão desse gene em plantas sob estresse hídrico. Para isso, plantas provenientes de ambientes de Restinga no Rio de Janeiro e de Mata Ciliar no Rio Grande do Sul foram submetidas a diferentes tempos de tratamento por escassez de água. Análises filogenéticas indicaram que o gene EuniP5CS é um membro da família gênica P5CS e possui alta similaridade com P5CS de Eucalyptus grandis e de outras espécies de plantas. Análises dos parâmetros fisiológicos das plantas sob condições de estresse demonstraram que as plantas de ambos os ambientes (restinga e mata ciliar) respondem fisiologicamente da mesma forma ao estresse, tendo seus potenciais hídricos e condutâncias estomáticas diminuídos aos 14 dias de estresse. Análises de expressão por RT-qPCR revelaram que a expressão do EuniP5CS é aumentada durante o estresse hídrico nas plantas tratadas provenientes da restinga. Comparando a expressão do gene EuniP5CS nas plantas controle provenientes da restinga e mata ciliar, observou-se maior expressão desse gene nas plantas provenientes da mata ciliar do que naquelas provenientes da restinga. Os resultados sugerem que o gene EuniP5CS caracterizado nesse estudo pode desempenhar um papel importante em processos adaptativos dessa espécies nos diferentes ambientes. Estudos funcionais do gene P5CS em Eugenia uniflora serão importantes para o entendimento do papel do gene e da tolerância a estresses relacionado a prolina nessa espécie.

Abiotic stresses may affect growth and development of plants. P5CS (delta 1-pyrroline-5-carboxylate synthase) gene encodes a bifunctional enzyme responsible for catalyzing a limiting reaction of proline biosynthesis, which is known to be an osmoprotective that is related to tolerance to abiotic stresses, such as drought and salinity. Eugenia uniflora L. (Myrtaceae) is a plant species native of Atlantic Forest, occurring in distinct environments like riparian forests in Rio Grande do Sul and restinga regions in southeastern and northeastern Brazil. These are contrasting environments in terms of climate, composition of soil, nutrient supply and water availability. Adaptive plasticity to these heterogeneous environments makes this species a natural model for understanding adaptation mechanisms and responses to environmental stresses. Such mechanisms may be related to the presence of genes for responses to environmental stresses, such as the P5CS gene. However, information on the P5CS gene and its role in abiotic stress tolerance in E. uniflora are not yet known. Here, we goal to characterize the P5CS gene of E. uniflora (EuniP5CS) and evaluate its expression pattern under water stress in plants from restinga environments and riparian forest. Phylogenetic analyzes indicated that the EuniP5CS gene is a member of P5CS gene family with high similarity to P5CS genes from Eucalyptus grandis and other plant species. Analysis of physiological parameters of plants under the stress condition demonstrated that plants from resting and riparian forest responded in the same way to stress, having their water potentials and stomatal conductances decreased at 14 days of stress. Expression analyzes by RT-qPCR revealed that the expression of EuniP5CS is increased during water stress in the treated plants from restinga. Comparative analysis of EuniP5CS expression in control plants from riparian forest and restinga demonstrated that EuniP5CS from riparian forest present higher expression than those from restinga. The results suggest that EuniP5CS gene characterized in this study may play an important role in adaptation processes of this species in such distinct environments. Future functional studies of the P5CS gene in Eugenia uniflora will be important to better understand the role of the gene and the proline-related stress tolerance in this species.