Amino acid and ureide transport in the xylem of symbiotic soybean plants during short-term flooding of the root system in the presence of different sources of nitrogen

Abstract

O transporte de compostos nitrogenados orgânicos à parte aérea de plantas de soja, através da seiva do xilema, foi investigado para melhor entender as mudanças no metabolismo do sistema radicular sob hipoxia (primeiros 5 dias de alagamento) e com diferentes fontes de N no meio. O NO3 - é benéfico à tolerância das plantas ao alagamento, enquanto que outras fontes de N, como o NH4NO3 e o NH4, não são. Contudo, na presença de NH4 + elevados níveis de aminoácidos foram transportados no xilema, demonstrando sua assimilação. Algum aumento no transporte de aminoácidos também ocorreu com a presença de NO3 - durante o alagamento, mas não na ausência de N no meio. O transporte de ureídeos no xilema foi severamente reduzido durante o alagamento, demonstrando a inibição da fixação de N2 nessa condição. As proporções relativas de alguns aminoácidos no xilema demonstraram mudanças drásticas durante os tratamentos. Alanina aumentou acentuadamente com o sistema radicular sob hipoxia, especialmente com NH4 + como fonte de N, quando ela atingiu aproximadamente 70% dos aminoácidos presentes. Por outro lado, o ácido aspártico atingiu níveis muito baixos que foram inversos aos níveis de alanina, indicando ser ele a fonte imediata de N à síntese de alanina. Os níveis de glutamina também diminuíram numa maior ou menor extensão, dependendo da fonte de N presente. As mudanças na asparagina, um dos aminoácidos mais proeminentes na seiva do xilema, foram mais salientes no tratamento com NO3 -, onde elas demonstraram um grande incremento, característica de plantas que trocam sua dependência de fonte de N da fixação de N2 para assimilação de NO3 -. Os dados indicam que a menor eficiência do NH4 + durante o alagamento, em contraste com o NO3 -, envolve metabolismo restrito de aminoácidos que pode ser resultante do dispêndio de energia para a destoxificação de NH4 +.

The transport of organic N compounds to the shoot in the xylem sap of nodulated soybean plants was investigated in an attempt to better understand the changes in N metabolism under root hypoxia (first 5 days of flooding), with different sources of N in the medium. NO3 - is beneficial for tolerance of plants to waterlogging, whereas other N sources such as NH4 + and NH4NO3, are not. Nevertheless, in the presence of NH4 + high levels of amino acids were transported in the xylem, consistent with its assimilation. Some increase in the transport of amino acids was also seen with NO3 - nutrition during waterlogging, but not with N-free medium. Ureide transport in the xylem was severely reduced during waterlogging, consistent with impaired N2 fixation under these conditions. The relative proportions of some amino acids in the xylem showed dramatic changes during treatment. Alanine increased tremendously under root hypoxia, especially with NH4 + as N source, where it reached near 70 % of the total amino acids present. Aspartic acid, on the other hand, dropped to very low levels and was inversely related to alanine levels, consistent with this amino acid being the immediate source of N for alanine synthesis. Glutamine levels also fell to a larger or lesser extent, depending on the N source present. The changes in asparagine, one of the prominent amino acids of the xylem sap, were most outstanding in the treatment with NO3 -, where they showed a large increase, characteristic of plants switching from dependence on N2 fixation to NO3 - assimilation. The data indicate that the lesser effectiveness of NH4 + during waterlogging, in contrast to NO3 -, involves restricted amino acids metabolism, and may result from energy metabolism being directed towards NH4 + detoxification.