Respostas à deficiência de fósforo e suas relações com a tolerância ao alumínio em trigo

Abstract

A inibição do crescimento das culturas causada na condição de solos ácidos, devido principalmente pela deficiência de fósforo (P) e toxidez de alumínio (Al), é um sério problema para a produção agrícola. Em trigo, a cv. Toropi foi identificada como altamente tolerante ao Al e, também apresenta tolerância à presença de baixo P, quando comparada a cultivar sensível, Anahuac. Para compreender os mecanismos de aclimatação de Toropi na coexistência dos estresses, análises genéticas e fisiológicas comparativas foram realizadas em plântulas sob condição de hidroponia. Análises relacionadas ao requerimento de P nos genótipos e na população segregante (Toropi X Anahuac) permitiram confirmar a tolerância de Toropi à deficiência de P pela maior capacidade de estabilizar os níveis de fosfato livre na parte aérea, possivelmente por regular mais adequadamente a translocação de P para parte aérea em comparação com Anahuac. Foram identificados QTLs (Quantitative Trait Loci) relacionados às características de deficiência de P e tolerância ao Al com ampla distribuição nos grupos de ligação. Quanto à característica de Al foi reforçada a superioridade do cromossomo 4DL na característica, contribuindo com cerca de 20% da variação fenotípica. Neste mesmo cromossomo, foi localizado um QTL para a concentração de fosfato livre nas raízes explicando cerca de 10% da característica, em apenas 4cM de distância. Colocalização de QTLs foi encontrada também no grupo de ligação 19. Análises genéticas pelo método de subtração supressiva, SSH (Suppression Subtractive Hybridization) permitiram identificar sequências diferencialmente expressas relacionadas a ambos os estresses e avaliar seu comportamento temporal nos genótipos sob deficiência de P. Evidenciou-se uma complexa rede de ativação de genes em Toropi relacionada às mais diversas vias metabólicas, mas principalmente no metabolismo secundário e vias de sinalização. Análises enzimáticas relacionadas ao metabolismo antioxidativo sugerem comportamento diferencial de Toropi para a enzima catalase. A partir dos resultados pode-se inferir que, pelo menos parcialmente, há compartilhamento das rotas induzidas na resposta aos estresses de Al e P.

The inhibition of crop growth caused by acid soils mainly due to phosphorus (P) deficiency and aluminum (Al) toxicity is a significant problem to agriculture. In wheat, the cultivar Toropi was identified not only as highly tolerant to Al but also to low P availability, when compared to the sensitive cultivar Anahuac. Aiming to understand Toropi's acclimation mechanisms, in the co-existence of these stresses, genetic and physiologic analysis were performed in seedlings on hydroponics. Studying the P requirements, in both genotypes and in its segregating population (Toropi X Anahuac), allowed confirming Toropi's tolerance to P deficiency. It was due to its higher capacity of stabilizing shoot free phosphate levels caused by better regulation of P translocation to the shoot. QTLs (Quantitative Trait Loci) related to P deficiency and Al tolerance were identified distributed at several ligation groups. In relation to the trait Al tolerance it was reinforced the superiority of chromosome 4DL. It contributed with about 20% of the phenotypic variation. At this chromosome was also located, at 4 cM of distance, a QTL related to free phosphate in the roots explaining about 10% of this trait. QTL colocalization was found also at ligation group 19. Genetic analysis using suppressive subtraction, SSH (Suppression Subtractive Hybridization) permitted identification of differentially expressed sequences related to both stresses as well as evaluation of temporal behavior of sequences in the genotypes under P starvation. A complex gene activation network was observed in Toropi related to several metabolic pathways, especially to the secondary metabolism and transduction pathways. Enzymatic analysis of antioxidative metabolism suggested a differential behavior of the enzyme catalase for Toropi. Based on these results it is suggested that, at least partially, sharing of pathways exists between the responses to P and Al stresses.