Análise funcional dos genes de glutationa peroxidase em arroz (Oriza sativa) e Arabidopsis (Arabidopsis thaliana)

As espécies reativas de oxigênio (ERO) afetam significativamente a homeostase redox celular. No entanto, o peróxido de hidrogênio (H2O2), uma das ERO mais estudadas, é considerado regulador chave em uma série de processos fisiológicos, dependendo de sua concentração na célula: em baixas concentrações atua como molécula sinalizadora envolvida na aclimatação da planta a estresses, desencadeando tolerância a estresses bióticos e abióticos; por outro lado, em altas concentrações o H2O2 pode levar à morte celular. Gradientes de ERO e fitohormônios têm influência nas respostas de crescimento local e consecutivamente afetam o estado redox celular. Diversos fitohormônios afetam a sinalização redox celular controlando processos de crescimento e defesa. Os níveis de H2O2 intracelulares são controlados pela ação de diversas enzimas da classe das peroxidases e catalases. Dentre as peroxidases, a família de proteínas GPX pode ser encontrada em praticamente todos os reinos e vem sendo cada vez mais estudada em plantas. Em arroz, essa família é composta de cinco genes, enquanto em Arabidopsis foram identificados oito genes. Este trabalho teve como objetivo caracterizar funcionalmente as GPX mitocondriais e cloroplastídica de arroz e sete dos oito genes de Arabidopsis thaliana. Mutantes knockout de Arabidopsis para os genes AtGPX1, AtGPX2, AtGPX3, AtGPX4, AtGPX6, AtGPX7 e AtGPX8 foram obtidos.Nesta espécie, pelo menos AtGPX2, AtGPX3 e AtGPX6 são necessárias para a correta formação da arquitetura da raiz dependente dos hormônios ABA, auxina e SL. O sileciamento por RNAi em arroz para os genes OsGPX1, OsGPX3 e OsGPX4 gerou plantas com crescimento deficiente de raiz, parte área e formação de panículas. A redução em 80% da expressão gênica da isoforma cloroplastídica (OsGPX4) foi letal para o desenvolvimento de plântulas regeneradas a partir de calos de arroz, enquanto que a redução da expressão de 40% e 95% de OsGPX1 (GPX1s) e OsGPX3 (GPX3s), respectivamente, não impediu a regeneração de plantas. No entanto, plantas GPX1s apresentaram menor tamanho, menor número de panículas e menor produção de sementes em comparação com as plantas NT (não transformadas). Adicionalmente, plantas GPX3s apresentaram redução do comprimento tanto da parte aérea quanto das raízes, além de acúmulo de H2O2 cerca de vinte vezes maior do que a planta NT. Neste trabalho, foi demonstrada a participação das enzimas GPX durante o desenvolvimento vegetativo e reprodutivo de plantas de arroz e o estabelecimento da arquitetura da raiz dependente de hormônios em Arabidopsis. O conjunto de dados obtidos contribuempara o entendimento do papel dessas enzimas na homeostase redox, como também na interação com fitohormônios nos processos de desenvolvimento e defesa vegetais.Reactive oxygen species (ROS) affect significantly cellular redox homeostasis. Hydrogen peroxide (H2O2), one of the most studied ROS, is considered a key regulator in a number of physiological processes dependent of its concentration in the cell: at low concentrations acts as a signaling molecule involved in plant acclimation to stress, triggering tolerance to biotic and abiotic stresses; on the other hand, at high concentrations can promote cell death. Gradients of ROS and phytohormones can influence the responses of local growth and consecutively can affect the cellular redox state. Several phytohormones affect redox signaling processes controlling cell growth and defense. The intracellular levels of H2O2 are controlled by the action of several enzymes like peroxidases and catalases. Among the peroxidases, the GPX family of proteins can be found in virtually all kingdoms and is being increasingly studied in plants. In rice, this family consists of five genes, while in Arabidopsis eight genes were identified. This study aimed to characterize functionally rice and Arabidopsis GPX genes. Arabidopsis thaliana nockout mutants for AtGPX1, AtGPX2, AtGPX3, AtGPX4, AtGPX6, and AtGPX7 AtGPX8 genes were obtained. In Arabidopsis, at least AtGPX2, AtGPX3 and AtGPX6 are necessary to hormone-dependent control of root achitecture formation. RNAi knockdown in rice of OsGPX1, and OsGPX3 OsGPX4 generated plants with shorter root and shoot lengths, and deficient panicle formation. An 80% gene expression reduction of the chloroplastic isoform (OsGPX4) was lethal, and impaired the regeneration of plants from rice calli, whereas the reduction of expression in 40% and 95% of OsGPX1 (GPX1s) and OsGPX3 (GPX3s), respectively, did not prevent plant regeneration. However, GPX1s plants were smaller and had fewer panicles and seed compared to NT (non-transformed) plants. Additionally, GPX3s plants showed reduced length of the shoot as roots and accumulation of H2O2 about twenty times greater than the plant NT. GPX participation during vegetative and reproductive development of rice plants and the hormone-dependent root arquitecture formation in Arabidopsis was demonstrated in this work. The data set obtained contributed to the understanding of the role of these enzymes in the redox homeostasis, as well as how the interaction with phytohormones in development processes and plant defense occurs