O sorgo

O sorgo (Sorghum bicolor L. Moench) é uma planta monóica, com metabolismo C4, de ciclo anual (90 a 130 dias) e pertencente à família Poaceae (MAY et al., 2012). A provável origem do sorgo está na região tropical Africana onde, durante a domesticação desta espécie por séculos, foi submetida a mudanças a fim de atender as exigências e demandas do ser humano (SILVA et al., 2014). A planta não foi inicialmente apontada para o desenvolvimento de culturas energéticas, todavia algumas características a tornaram uma forte candidata a ser uma das mais utilizadas para a geração de energia, sendo somente nas últimas décadas investidos recursos em pesquisas para o melhoramento de híbridos específicos para esta finalidade (CASTRO et al., 2014).

A planta de sorgo se adapta a um leque de condições ambientais, principalmente sob circunstâncias de deficiências hídricas comumente desfavoráveis à maioria dos outros cereais além de ser responsivo às boas práticas agrícolas e de manejo, sendo passível de inovação tecnológica competitiva para a sua utilização e usos (DINIZ, 2010). Esta característica permite que a cultura seja apta para desenvolvimento e expansão em regiões de cultivo com distribuição irregular de chuvas e em sucessão a culturas de verão. Sendo considerado

moderadamente tolerante à salinidade, o sorgo tem se mostrado bem adaptado às regiões áridas e semiáridas (RANI et al., 2012).

A produção total de sorgo no mundo supera 65 milhões de toneladas, das quais aproximadamente 30% encontram-se em países desenvolvidos (MULLET et al., 2014). Atualmente, o sorgo é o quinto cereal mais produzido no mundo, ficando atrás do milho (Zea mays L.), do trigo (Triticum aestivum L.), do arroz (Orysa sativa L.) e da cevada (Hordeum vulgare L.) (USDA, 2017), sendo utilizado como alimento básico para mais de 500 milhões de pessoas distribuídas em 98 países (KOWAL, 2017). No Brasil, de acordo com dados da Companhia Nacional de Abastecimento, existem 804,5 mil hectares plantados com sorgo, sendo o Ceará o 4º estado em produção com apenas 1 mil hectares (CONAB, 2016).

O sorgo é uma espécie com grande variabilidade genética devido aos muitos híbridos existentes e suas aptidões produtivas, sendo uma planta de elevado valor nutritivo (AVELINO et al., 2011) e que pode também ser utilizada para a produção de etanol (KIM; DAY, 2011). No Brasil, o sorgo vem sendo cultivado principalmente visando à produção de grãos, para suprir a demanda das indústrias de ração animal ou como forragem para alimentação de ruminantes, sendo que, praticamente, não há consumo desse cereal na alimentação humana (QUEIROZ et al., 2014).

A diversidade de variedades e cultivares de sorgo têm sido relacionada ao movimento de pessoas, à seleção disruptiva, ao isolamento geográfico, ao fluxo de genes de plantas selvagens para plantas cultivadas e reconstrução desses tipos em diferentes ambientes, bem como o desenvolvimento de genótipos tolerantes a estresses abióticos (WESTENGEN et al., 2014). Os genótipos disponíveis atualmente no mercado têm alta produtividade, são resistentes a doenças e apresentam boa estabilidade de produção dada a capacidade da planta de se adaptar às mudanças climáticas, o que minimiza riscos de perda (PURCINO, 2011). Adicionalmente, esta espécie teve seu genoma sequenciado e disponibilizado, o que facilita seu estudo (PATERSON et al., 2009).

Portanto, a contribuição para o entendimento dos mecanismos de resistência ao estresse salino na cultura de sorgo torna-se relevante para que sua exploração nas áreas áridas e semiáridas seja o mais eficiente possível.

3. HIPÓTESES

• Os efeitos deletérios da salinidade no crescimento e desenvolvimento das plantas de sorgo podem ser minimizados pela aspersão de prolina;

• A prolina exógena auxilia na modulação dos níveis de íons tóxicos e no ajustamento osmótico devido a solutos compatíveis;

• O aporte de prolina altera a atividade e a expressão das enzimas envolvidas no seu metabolismo e essa alteração é necessária para a efetividade dos efeitos.

4. OBJETIVOS 4.1. Objetivos gerais

O presente estudo teve por objetivo investigar as respostas fisiológicas, bioquímicas e moleculares da aplicação foliar de prolina durante a aclimatação de plantas de sorgo às condições de salinidade.

4.2.Objetivos específicos

Utilizando plantas de sorgo aspergidas ou não com prolina e cultivadas sob condições controle ou de estresse salino, pretendeu-se:

• Determinar a melhor dose de prolina capaz de minimizar os efeitos do estresse salino no crescimento das plantas de sorgo, determinando: a área foliar, a altura e diâmetro do colmo e as massas fresca e seca de folhas e raízes;

• Analisar as alterações no teor relativo de água, nos danos de membranas, nas trocas gasosas e nos pigmentos fotossintéticos;

• Determinar as modificações nos teores de solutos inorgânicos (Na+_{, K}+_{, Cl}-_{, Ca}2+_{) e} orgânicos (prolina, carboidratos solúveis e N-aminossolúveis) e na composição de aminoácidos livres, em folhas e raízes de plantas de sorgo.

• Analisar as atividades das enzimas relacionadas à biossíntese [sintetase da Δ1_{-pirrolina-5-} carboxilato (P5CS) e aminotransferase da D-ornitina (OAT)] e degradação [desidrogenase da prolina (ProDH) da prolina, em folhas e raízes;

• Investigar as alterações provocadas pela aspersão de prolina na expressão dos genes envolvidos no metabolismo da prolina em folhas e raízes;

5. MATERIAL E MÉTODOS

Para atingir os objetivos, foram realizados três experimentos: No Experimento I, determinou-se a concentração de prolina a ser aspergidas nas plantas de sorgo de modo a minimizar os efeitos deletérios da salinidade no crescimento das plantas. Ao estabelecer a concentração de prolina que forneceu melhor resposta à redução dos efeitos da salinidade, procederam-se a dois experimentos: No Experimento II, determinaram-se os parâmetros de crescimento, os danos de membranas, o teor relativo de água, as trocas gasosas, os teores de pigmentos fotossintéticos, de solutos inorgânicos (Na+_{, K}+_{, Ca}2+ _{e Cl}-_{) e orgânicos (N-} aminossolúveis, carboidratos solúveis e prolina), bem como determinou-se a composição de aminoácidos livres e as alterações nas atividades de enzimas do metabolismo da prolina (sintetase da Δ1-pirrolina-5-carboxilato, aminotransferase da δ-ornitina e desidrogenase da prolina), em folhas e raízes. No experimento III, foi avaliado o padrão de expressão dos genes envolvidos (p5cs1, p5cs2, prodh e oat), usando para isso a técnica de PCR em tempo real.

Os experimentos foram conduzidos utilizando-se plantas de sorgo (Sorghum bicolor L. Moench), cultivar CSF 20, sendo as sementes adquiridas do Instituto Agronômico de Pernambuco (IPA). Os experimentos descritos a seguir foram conduzidos em casa de vegetação e os ensaios realizados nos laboratórios do Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular, da Universidade Federal do Ceará (UFC). Os valores médios de temperatura diurna e noturna na casa de vegetação foram, respectivamente, 31 ºC ± 1 ºC e 25 ºC ± 1 ºC, com umidade relativa do ar média de 60%.

5.1. Experimento I – Determinação da concentração de prolina a ser aspergida nas