Proteínas relacionadas com a fotossíntese

O estresse salino induz profundos impactos no metabolismo energético da planta devido à indução do estresse osmótico, hídrico, iônico e oxidativo, como explicado anteriormente.

A fotossíntese é um processo químico no qual ocorre a cisão da água e liberação de O2 e a conversão de CO2 em compostos orgânicos. A planta usa a

energia luminosa para produzir energia na forma de ATP e poder redutor na forma de NADPH, que são utilizados para produção de esqueletos de carbono que, por sua vez, são requeridos em quases todos os processos metabólicos da célula. Quando a planta sofre algum estresse, ocorrerá um ajuste na produção e degradação desses intermediários metabólicos, de acordo com a demanda energética celular.

Em geral, a taxa fotossintética diminui em plantas superiores durante a exposição a diferentes estresses devido ao fechamento estomático e à menor concentração interna de CO2 (KOSOVÁ et al., 2013; RODZIEWICZ et al., 2014).

Além disso, o estresse oxidativo, que é um efeito secundário após estresse salino, provoca muitos danos à maquinaria fotossintética, contribuindo para diminuição da eficiência desses processos (MITTLER, 2002). Entretanto, muitas plantas resistentes e tolerantes são capazes de lidar com o estresse aumentando ou diminuindo a abundância de proteínas com funções chaves na fotossíntese.

De acordo com os resultados mostrados, proteinas envolvidas com a fotossíntese correspondem a 9% daquelas diferencialmente acumuladas no feijão- de-corda, após estresse salino com NaCl 200 mM (Figura 13). No Apêndice 1, onde estão listadas todas as proteínas diferencialmente acumuladas que foram identificadas, é possível observar que 24 proteínas relacionadas com a fotossíntese aumentaram em abundância e 8 diminuíram com 2 DPS, enquanto que, com 6 DPS, 19 proteínas aumentaram em abundância e 3 diminuíram.

Dentre as proteínas que aumentaram em abundância, há as proteínas que estão envolvidas com síntese de tilacódes, cloroplastos e carotenóides, como a carotenóide dioxigenase, coproporfirinogênio oxidase, proteínas tilacóide de 17,4 KDa, proteína de ligação à clorofila a/b, dentre outras. Todas essas proteínas

contribuem na manuntenção da fotossíntese, pois compõem o tecido fotossintetizante e os pigmentos responsáveis pela captação da energia luminosa e pela transferência dos elétrons para os centros de reação, que compõem as reações iniciais da etapa fotoquímica.

Outras proteínas estão envolvidas com síntese e proteção dos fotossistemas I e II, subunidades dos fotossistemas, OEE (“oxygen envolving enhancer”), ferredoxina e proteínas que integram com os fotossistemas na membrana dos tilacóides. Esse complexo é responsável pela eficiente transferência de eletróns para produção de NADPH, além de contribuir no bombeamento de prótons para o lúmen do tilacóide, que são utilizados na produção de ATP. As proteínas OEE, possivelmente, tentam compensar os danos induzidos pelo estresse no PSII (KOSOVÁ et al., 2013).

Foram identificadas também, proteínas envolvidas com a fixação de CO2, a

etapa final da fotossíntese, conhecida como Ciclo de Calvin, na qual ocorre a produção de glicose e outros esqueletos de carbono. Dentre a proteínas encontradas, há a subunidade maior da Rubisco que cataliza a primeira e principal reação do ciclo de Calvin, onde fixa CO2 à molécula de ribulose-1,5-bifosfato,

produzindo compostos orgânicos. Outras proteínas encontradas foram a frutose-1,6- bifosfatase, que cataliza a conversão de frutose-1,6-bifosfato em frutose-6-fosfato, e a Sedoheptulose-1,7-bisfosfatase, que cataliza a remoção do grupo fosfato da sedoheptulose-1,7-bifosfato para produzir sedoheptulose-7-fosfato. Todas essas enzimas são importantes para produção dos produtos fotossintéticos, como açúcar e amido, que aumentam a tolerância à salinidade e auxiliam na produção de reserva energética para a planta (WANG et al., 2013).

Curiosamente, todas as proteínas relacionadas com o Ciclo de Calvin foram detectadas apenas no tempo de 6 DPS. Isso pode significar adaptação ao longo do tempo no qual, inicialmente, a planta não foi capaz de concentrar CO2 para fixação.

Além disso, a Rubisco ativase teve sua abundância diminuida no tempo 2 DPS e aumentada no tempo 6 DPS, nas plantas sob estresse em comparação com as plantas controles. Essa enzima, além remover a pentose fosfato da RubisCO, permitindo sua carbamilação e promovendo sua ativação, também tem um papel de chaperona quando a célula está sob estresse (FATEHI et al., 2012). Esses achados

podem estar relacionados com uma recuperação da planta e a tentativa de reativação da RubisCO para fixar o CO2 remanescente (RINALDUCCI et al., 2011).

O feijão utiliza a via C3 da fotosssíntese, onde a carboxilação no ciclo de Calvin se inicia com formação de um composto com 3 carbonos. Entretanto, já foi relatado que numerosas plantas C3 podem mudar seu mecanismo de fixação de CO2 para o metabolismo ácido das crassuláceas (CAM) ou para C4, onde o primeiro

composto após fixação do carbono é o oxaloacetato, com 4 carbonos, em resposta a estímulos ambientais (TING & RAYDER, 1982) como estresse salino ou hídrico (WINTER & VON WILLERT, 1972; TING & HANSCOM, 1977). Foram identificadas duas proteínas fosfoenolpiruvato carboxilase nesse trabalho, que são enzimas chaves no metabolismo CAM e C4. Esse resultado pode indicar uma mudança na via fotossíntetica do feijão-de-corda de C3 para C4, em resposta ao estresse salino, para aumentar a concentração do CO2 e diminuir perda de H2O.

Dentre as proteínas que tiveram diminuição em abundância, nas plantas sob estresse salino, estão a proteína D2 do PSII, ferredoxina-NADP-redutase,

feredoxina-1, OEE2, proteína de ligação a clorofila a/b e a subunidade menor da RubisCO. A proteína D2 é severamente prejudicada em condições de estresse e a diminuição em sua abundância e da proteína OEE2 indicam comprometimento do centro de reação do PSII (KOSOVÁ et al., 2013; WANG et al., 2014). A diminuição em abundância dessas proteínas mostra o impacto do estresse salino na cadeia transportadora de elétrons e na produção de compostos orgânicos, comprovando que, por mais que o cultivar seja tolerante, o estresse consegue induzir muitos danos à maquinaria fotossintética.

A diminuição em abundância das proteínas da fotossíntese ocorre, geralmente, em plantas glicófitas sob estresse salino. No geral, o que se encontra é que, em glicófitas, a taxa de fotossíntese e assimilação de CO2 são diminuídas com

o estresse salino, enquanto que a maioria das halófitas consegue manter a taxa fotossintética. As proteínas OEE, por exemplo, mostram-se menos abundantes em cultivares sensíveis ao sal e à seca, como na batata AGHAEI et al., 2008), no trigo (GAO et al., 2011; RODZIEWICZ et al., 2014) e no feijão-comum (ZADRAŽNIK et al., 2013), e outras glicófitas acumularam as subunidades da RubisCO, a anidrase carbônica e a rubisCO ativase (PANG et al., 2010; CHAKRABORTY et al., 2011;

BANDEHAGH et al., 2011). Já em plantas halófitas, como a Kandelia candel,

Physcomitrella patens e Porteresia coarcata, essas proteínas aumentaram em

abundância, indicando sua importância nos mecanismos de tolerância ao sal (WANG et al., 2008; SENGUPTA & MAJUMDER, 2009; WANG et al., 2013; WANG

et al., 2014). Entretando, na literatura é possível encontrar relatos de cultivares

tolerantes à salinidade que diminuíram em abundância proteínas relacionadas à fotossíntese (WENDELBOE-NELSON & MORRIS, 2012; KOSOVÁ et al., 2013).

Duas hipóteses podem ser propostas quando se discute a relação fotossíntese e resposta de defesa. A primeira é que quando a planta está sob estresse aumenta a demanda por energia e, assim, ocorre aumento na expressão de genes e acúmulo de proteínas relacionadas com a fotossíntese e com a produção de enegia para suprir a necessidade da planta, para que esta possa investir em respostas de defesa. A segunda é que a planta sob estresse prioriza a síntese de compostos de defesa, de forma que a taxa fotossintética e outros processos celulares seriam reduzidos como forma estratégica de lidar com o estresse (BOLTON, 2009).

Esses resultados indicam que o feijão-de-corda pode conseguir tolerar o estresse salino por meio da superacumulação de proteínas relacionadas com as etapas fotoquímicas e não fotoquímicas da fotossíntese durante o estresse salino. Isso pode ser uma das justificativas para explicar a tolerância à salinidade encontrada neste cultivar, tendo em vista que é capaz de superacumular proteínas relacionadas à todas as etapas da fotossíntese, da mesma forma que as plantas halófitas (KOSOVÁ et al., 2013; WANG et al., 2013; WANG et al., 2014; RODZIEWICZ et al., 2014).