Análise da relação entre a resposta adaptativa à deficiência de fosfato e os níveis de brassinosteróide em raízes de arroz (Oryza sativa L.)

Abstract

O fosfato é um nutriente essencial para o crescimento e desenvolvimento das plantas, mas sua disponibilidade é frequentemente limitada no solo, resultando em grãos de baixa qualidade e redução nos rendimentos. As fontes naturais de fosfato são limitadas, não-renováveis e representam uma preocupação crescente para a segurança alimentar global. O uso de mutantes tem sido uma estratégia promissora para o entendimento de características moleculares e para a melhoria da produtividade das culturas, principalmente em condições de estresse ambiental. Estudos em Arabidopsis thaliana indicam que a sinalização de brassinosteróides é antagônica à resposta ao estresse por privação de fosfato. Em arroz essa relação ainda não foi determinada. A planta de arroz d2-1 possui uma mutação no gene D2, que compromete a biossíntese de fitormônios brassinosteróides. Assim, buscamos compreender a relação entre esse fitormônio e os mecanismos moleculares de resposta ao fosfato em arroz. Para isso, plantas tipo-selvagem (T65) e d2-1 com 10 dias de idade foram submetidas a condições ótimas e de estresse por escassez de fosfato em um sistema hidropônico. O RNA total foi extraído das raízes de plantas após 15 dias de tratamento e primers específicos foram usados para determinar os níveis de expressão de alguns genes chave relacionados à deficiência de fosfato e sinalização de brassinosteróides. Ademais, alterações na arquitetura radicular do mutante e na expressão dos genes chave foram observadas durante o desenvolvimento dessas plantas sob privação de fosfato. Esses resultados fornecem evidências sobre como os níveis de brassinosteróides nas raízes de arroz afetam a resposta molecular e fenotípica da planta às condições de deficiência de fosfato.

Phosphate is an essential nutrient for plant growth and development, but its availability is often limited in soil, resulting in reduced crop yields and poor-quality grains. The natural phosphate sources are limited, non-renewable and present a rising concern for global food security. The use of mutants has been a promising strategy for understanding molecular traits and for the improvement of crop yields, particularly in conditions of environmental stress. Studies in Arabidopsis thaliana indicate that brassinosteroid signaling is antagonistic to phosphate deprivation stress response. This relation is yet to be determined in rice. Considering this, d2-1 rice plants possess a mutation in the D2 gene, which compromises the biosynthesis of brassinosteroid phytohormones. Thus, we seek to understand the relation between this phytohormone and the molecular mechanisms of phosphate response in rice. To that end, 10-day-old wild-type (T65) and d2-1 plants were submitted to optimal and phosphate-stress conditions in a hydroponics system. The total RNA was extracted from the roots after 15 days of treatment, and specific primers were used to measure the expression levels of key genes related to phosphate deficiency and brassinosteroid signaling. Moreover, changes in the root architecture of the mutante and in the expression levels of these genes were noted during the development of these plants under phosphate deprivation. These results provide evidence into how the expression levels of brassinosteroids in rice roots affect the plant’s molecular and phenotypical response to phosphate-starvation conditions.