Metabolismo do alcaloide antioxidante braquicerina de Psychotria brachyceras Müll. Arg. sob estresse de calor

Abstract

O estresse de calor prejudica o crescimento e reprodução dos organismos vegetais, ao alterar a permeabilidade de membranas biológicas e desnaturar proteínas, limitando o metabolismo primário. Dentre as respostas ao estresse abiótico, está a síntese de metabólitos secundários. Braquicerina é um alcaloide monoterpeno indólico com ação antioxidante, protetora contra UV e antimutagênica sintetizado por partes aéreas de Psychotria brachyceras. O objetivo deste trabalho é investigar o metabolismo de braquicerina sob estresse de calor. Assim, espera-se contribuir para o conhecimento acerca do metabolismo secundário nas respostas ao estresse de calor, descrever a função in planta do composto, e fornecer ferramentas para obtenção do alcaloide para fins farmacêuticos. O acúmulo de braquicerina foi induzido em discos foliares mantidos a 40ºC por três dias, tanto em regime de elevação abrupta como gradual da temperatura. Baixa temperatura (10ºC) não afetou o acúmulo do alcaloide. Discos foliares de Psychotria carthagenensis, uma espécie que não sintetiza alcaloides monoterpeno indólicos, foram também desafiados por estresse de calor. Clorofila total, teor de peróxido de hidrogênio e peroxidação lipídica foram quantificados em ambas as espécies. P. carthagenensis foi relativamente tolerante ao calor, o que pode estar relacionado à sua elevada concentração de antocianinas, fortemente induzidas por choque térmico de 50ºC por 6h. Peroxidação lipídica foi reduzida nas amostras de P. brachyceras sob estresse de calor agudo ou gradual em comparação à condição controle, sendo este parâmetro inalterado nas duas condições em P. carthagenensis. O teor de peróxido de hidrogênio foi menor em P. brachyceras submetida a choque de térmico em relação ao controle, enquanto o mesmo parâmetro não foi alterado em P. carthagenensis. Discos foliares das espécies sensíveis ao calor Brugmansia suaveolens e Brassica oleracea, pré-tratadas com braquicerina em concentrações similares às encontradas em P. brachyceras, adquiriram fenótipo tolerante ao choque térmico. A expressão do gene que codifica a enzima triptofano descarboxilase (TDC), envolvida na biossíntese de braquicerina em P. brachyceras, foi fortemente inibida em discos foliares submetidos à 40ºC por 6h, 12h e 24h, sugerindo que o efeito da temperatura na estimulação de acúmulo de alcaloide ocorra em nível pós-transcricional. Em conjunto, os dados indicam que a exposição ao calor é um meio efetivo de aumentar o rendimento de braquicerina, cuja acumulação contribui para proteção contra os danos oxidativos associados.

Heat stress impairs plant growth and reproduction by altering membrane permeability and promoting protein denaturation, which limits primary metabolism. Secondary metabolites often take part in protection against abiotic stress responses. Brachycerine is a monoterpene indole alkaloid with antioxidant, UV protectant, and antimutagenic activity synthesized by Psychotria brachyceras shoots. Brachycerine metabolism was analyzed under heat stress, in order to shed light on brachycerine‘s in planta function and to provide potential tools to improve alkaloid yields for pharmaceutical analysis. Accumulation was induced in leaf disks kept at 40ºC for three days, both by abrupt and stepwise temperature increase. Brachycerine concentration was not affected by low temperature (10ºC) exposure. Leaf disks of Psychotria carthagenensis, a species devoided of alkaloids, were also challenged by heat. Total chlorophyll, hydrogen peroxide and lipid peroxidation concentrations were determined in both species. P. carthagenensis was relatively tolerant to heat treatments which may be explained by its high anthocyanin concentration, strongly induced by heat shock of 50ºC for 6h. Brugmansia suaveolens and Brassica oleracea, pre-treated with brachycerine in concentrations equivalent to those found in P. brachyceras, had a heat shock tolerant phenotype, based on chlorophyll content. Expression of the TRYPTOPHAN DECARBOXYLASE gene, which encodes for an enzyme involved in alkaloid biosynthesis (TDC) was strongly repressed in leaf disks exposed to 40ºC for 6h, 12h e 24h, suggesting that temperature effect may occur at post-transcriptional level. Taken together, data indicate that heat exposure is an effective means to increase yields of brachycerine, whose accumulation contributes to protect against associated oxidative damage.