Estudos sobre as proteínas ferritina e OsNRAMP7 em plantas de arroz (Oryza sativa L.)

O arroz é um dos cereais mais produzidos e consumidos no mundo, cultivado em aproximadamente 156 milhões de hectares, com uma produção mundial de mais de 600 milhões de toneladas por ano. O arroz é, hoje, alimento básico para mais de dois terços da população mundial. Contudo, minerais como ferro e zinco são perdidos durante o processo de beneficiamento dos grãos para comercialização. Uma vez que a deficiência de ferro afeta cerca de três bilhões de pessoas e é a deficiência mineral mais comum em humanos, diversos esforços têm sido feitos para aumentar a concentração deste mineral em grãos de arroz. Diversos projetos têm como objetivo compreender o mecanismo de translocação de nutrientes para grãos de arroz, visando o aumento de sua concentração com fins de biofortificação do alimento. Para melhor compreender a homeostase de ferro em plantas de arroz, conduzimos experimentos para analisar possíveis funções de duas proteínas. Proteínas da família NRAMP (Natural Resistance Associated Macrophage Protein) foram descritas como tendo envolvimento na homeostase de ferro em diferentes organismos. OsNRAMP7 apresenta propriedades características da família, como os motivos DPGN e MPH, possivelmente envolvidos no transporte de metais. Oócitos de Xenopus injetados com o mRNA de OsNRAMP7 apresentaram aumento significativo na concentração de ferro. A expressão heteróloga da proteína em oócitos indica o envolvimento da proteína no transporte transmembrana de ferro. Ferritina é outra proteína envolvida na homeostase de ferro nas células. Ferritinas são proteínas esféricas, capazes de armazenar ferro no seu interior, agindo também como um estoque de ferro nas células. O armazenamento de ferro dentro desta proteína pode prevenir reações que levam a produção de radicais livres e, consequentemente, estresse oxidativo. Duas cópias do gene da ferritina foram descritas em arroz. Respostas ao estresse oxidativo em uma linhagem mutante de arroz para o gene OsFER2 foram estudadas. Quando submetidas a excesso de ferro, plantas mutantes tiveram aumento na concentração de MDA (malondialdeído) nas partes aéreas e da atividade da enzima APX (ascorbato peroxidase) em raízes, revelando respostas ao dano oxidativo quando há baixa produção de ferritina. Plantas mutantes acumulam menos biomassa do que plantas WT (wild type) mesmo em condição controle de crescimento. Isso pode indicar um possível papel da ferritina na homeostase de ferro em plantas de arroz, ainda que as mesmas não estejam em estresse por excesso de ferro. Mecanismos compensatórios como o aumento da quantidade da proteína 5 frataxina e aumento do influxo de ferro para vacúolos também devem ser investigados. Mais experimentos são necessários para melhor compreensão do papel da ferritina na homeostase de ferro em arroz. Não obstante, com os experimentos aqui apresentados é possível determinar o envolvimento da proteína OsNRAMP7 na homeostase de ferro em arroz.Rice is one of the most produced and consumed cereals in the world, cultivated in approximately 156 million hectares, with a world production of over 600 million tons. It is a staple food for two thirds of the world population. However, minerals such as iron and zinc are lost during rice processing for commercialization. Since iron deficiency affects around three billion people, and is the most common mineral deficiency in humans, several efforts have been made in order to increase this nutrient’s levels in rice grains. Several projects have as goal to understand translocation mechanisms of nutrients to rice grains as to increase their levels for biofortification purposes. To better understand iron homeostasis in rice plants, we conducted experiments in order to analyze the putative role of two proteins. The NRAMP (Natural Resistance Associated Macrophage Protein) family was described as having an important role in iron homeostasis in different organisms. OsNRAMP7 presents characteristic features of the family, as motifs DPGN and MPH, said to be involved in metal transport. Xenopus oocytes injected with OsNRAMP7 mRNA exhibited a significant increase in iron content. Heterologous expression of the protein in oocytes indicated that the protein is involved in transmembrane iron transport. Ferritin is another protein involved in intracellular iron homeostasis. Ferritins are spherical proteins capable of storing iron in their core, also acting as an iron buffer in cells. Storage of free iron inside this protein may prevent reactions that lead to the formation of oxygen radicals and, therefore, to oxidative stress. Two ferritin genes have been described in the rice genome. We studied the oxidative stress response of a mutant line of rice with impaired expression of OsFer2. When subjected to iron excess, mutant plants increased MDA (malondialdehyde) concentration in shoots and APX (ascorbate peroxidase) enzyme activity in roots, revealing oxidative damage responses when ferritin production is impaired. Mutant plants have lower weight than WT (wild type) even in control growth condition. This may indicate a possible role of ferritin in iron homeostasis in rice plants, even when they are not under iron stress. Compensative mechanisms such as increase of frataxin levels and iron influx to the vacuole should be investigated. More experiments are required for a proper understanding of ferritin role in iron homeostasis. Still, with these experiments allowed to determine the involvement of the OsNRAMP7 protein in iron homeostasis in rice