Transporte e metabolismo de glutamina em soja [Glycine max (L.) Merril] : uma relação estreita com a fixação simbiotica do nitrogenio atmosferico

Orientador : Ladaslav SodekTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de BiologiaResumo: Plantas de soja noduladas fixando plenamente o N2, cultivadas na ausência de N-combinado, contêm níveis relativamente altos de GLN como forma de transporte de N no xilema (cerca de 20-25 em mol % do total de aminoácidos) comparadas a plantas não noduladas nutridas com NO3- (cerca de 1-2 em mol % do total de aminoácidos). Experimentos que levaram à redução da fixação de N2, avaliados pela redução do teor de URE na seiva do xilema, como a aplicação de NO3 -, transferência das plantas para sistema hidropônico com aeração, inundação do sistema radicular, substituição do ar da rizosfera com N2 ou mistura argônio:oxigênio (80:20), conduziram a uma redução severa e específica dos níveis de GLN. A remoção manual dos nódulos do sistema radicular produziu o mesmo efeito. Além disso, durante o crescimento das plantas foi observado um aumento substancial dos níveis de GLN correspondentes à fase de formação dos nódulos e o início da fixação plena de N2 em soja, em paralelo ao aumento de ureídeos e atividade da GS. Aumentos concomitantes dos níveis de GLN e de URE também foram observados quando plantas noduladas de soja, cultivadas em vermiculita sem N e transferidas para hidroponia, na presença ou ausência de N, ou inundadas, foram replantadas em vermiculita ou tiveram a inundação suprimida através da drenagem. A NADH-GOGAT nos nódulos parece ter uma relação direta com níveis de GLN transportados no xilema, partindo da observação da queda e posterior elevação da atividade da enzima em paralelo aos níveis de GLN nos tratamentos de hidroponia na presença e ausência de NO3 ¿ e posterior replantio em vermiculita sem N, respectivamente. As mudanças de atividade da GS em nódulos foram muito menos pronunciadas, sugerindo elevada estabilidade da enzima sob os tratamentos com hidroponia. A composição nitrogenada da seiva do xilema das plantas inundadas de soja mostrou uma queda considerável dos níveis de GLN, 10 minutos após início do tratamento, alcançando valores muito baixos dentro de 30 min. Uma inibição concomitante do teor de URE foi obtida nesses tratamentos. Apesar da evidência de que a atividade dos nódulos esteja relacionada às flutuações dos níveis de GLN, foram encontrados teores mínimos desse aminoácido nos nódulos, não sofrendo variações detectáveis com a aplicação dos tratamentos. As reduções de GLN no xilema também não mostraram uma correspondência com os níveis de GLN do floema, raízes e folhas. Os tratamentos inibitórios à fixação de N2 como a aplicação de NO3 - e inundação também causaram uma redução dos níveis de GLN em espécies de leguminosas exportadoras de amidas e em ambos os teores de GLN e de URE em outras espécies de leguminosas que exportam preferencialmente URE, sugerindo ser este um efeito comum em leguminosas que transportam GLN. Coletivamente, as mudanças da composição aminoacídica do xilema frente aos diferentes tratamentos utilizados indicam que o nível de GLN transportado no xilema está fortemente associado com a atividade dos nódulosAbstract: Nodulated soybean plants, fully dependent on N2 fixation, cultivated with N deficient nutrient solution, contain relatively high levels of GLN in N transport of the xylem (around 20-25 mol % of total amino acids) compared to non-nodulated plants grown on nitrate (around 1-2 mol % of total amino acids). Experiments that lead to reduced N2 fixation, judged by xylem sap ureide levels, such as NO3 - application, transfer of plants to aerated hydroponic culture, waterlogging of the root system, substitution of air in the rhizosphere with nitrogen or a mixture of argon:oxygen (80:20), lead to severe and specific reduced GLN levels. Manual removal of the nodules from the root system produced the same effect. Furthermore, during the growth cycle of the plants, a substantial increase in GLN levels was observed corresponding to the phase of nodule formation and beggining of N2 fixation, in parallel with increases in ureide levels and GS activity. Concomitant increases in GLN and ureide levels were observed, when nodulated soybean plants cultivated in vermiculite without N and transfered to hydroponic culture with or without N or waterlogging, were returned to vermiculite or the waterlogging treatment was suppressed by drainage. In nodules, NADH-GOGAT activity seems to be directly correlated with GLN levels transported in the xylem, judging by the decline and posterior elevation of enzyme activity in parallel with GLN levels in the hydroponic treatments with or without N and when plants were returned to vermiculite without N, respectively. Changes in GS activity in nodules were much less pronounced suggesting high enzyme stability under hydroponic treatment. The xylem sap nitrogen composition of waterlogged plants showed a considerable fall in glutamine levels, ten minutes after the treatment had initiated, reaching very low levels within 30 minutes. A concomitant inhibition in ureide contents was observed. Despite the evidence that nodule activity underlies the flutuations of GLN levels in the xylem, very low levels in the nodule were found, which suffered no detectable variation after the treatments applied. Decreases in xylem GLN were not associated with GLN levels in phloem, roots or leaves. Inhibitory effects on nitrogen fixation such as NO3 - application and waterlogging caused a reduction in GLN in amide exporting legumes and in both GLN and ureide levels in other URE exporting legume species, suggesting a common effect in GLN exporting legumes. Collectively, changes in amino acid xylem composition under the several treatments tested indicated that GLN levels transported in xylem are largely associated with nodule activityDoutoradoDoutor em Biologia Vegeta