Respostas morfo-fisiológicas e moleculares de genótipos de cana-de-açúcar submetidos ao estresse hídrico

O objetivo deste trabalho foi estudar respostas morfo-fisiológicas e moleculares de dois genótipos de cana-de-açúcar (tolerante à seca: TSP05-4 ou sensível à seca: TCP02-4589) ao estresse hídrico. Características morfo-fisiológicas foram avaliadas em cinco diferentes tempos [dois dias antes do início do estresse hídrico (T0), dois (T1), doze (T2) e vinte dias (T3) após início do estresse hídrico de moderada intensidade, e oito dias após re-irrigação (T4)]. Características de desenvolvimento foram avaliadas no final do experimento (após T4). A técnica cDNA-AFLP foi utilizada para identificar genes diferencialmente expressos em T1, T2 e T4. Tanto sob condições controle (plantas bem irrigadas) quanto sob condições de estresse hídrico o genótipo tolerante mostrou os maiores valores de indíce de esverdeamento da folha (SPAD), eficiência quântica máxima do PSII (Fv/Fm) e relação biomassa da raíz/planta inteira. Além disso, sob condições de estresse hídrico, as taxas de fotossíntese, transpiração e condutância estomática foram significativamente maiores no genótipo tolerante. O genótipo susceptível apresentou colmos mais altos e mais pesados. No entanto, a condição de estresse hídrico causou significativa redução na altura deste genótipo, enquanto que nenhuma alteração foi observada no genótipo tolerante. Um total de 15 fragmentos derivados de transcritos (TDF) diferencialmente expressos foram caracterizados e 8 desses foram validados por RT-PCR em tempo real. Três TDFs, os quais mostraram similaridade a um pentatricopeptideo putativo, à subunidade regulatória CK2β3 da proteina kinase CK2 e ao transportador glicose-6-fosfato/fosfato 2, foram diferencialmente expressos no genótipo susceptível. Um TDF similar ao mRNA de uma proteína induzida pela seca foi também induzido no genótipo tolerante em T2. Tanto as características fisiológicas quanto o padrão de expressão gênica que foram alterados pelo estresse hídrico foram completamente revertidos após o período de re-irrigação, demonstrando a plasticidade dos genótipos de cana-de-açúcar em responder a mudanças nas condições hídricas. Os resultados encontrados neste estudo demonstram a robustez do genótipo tolerante em responder a condições estresse hídrico e enfatiza diferenças fisiológicas e moleculares entre os dois genótipos que podem auxiliar em programas de melhoramento que visam tolerância à seca. Termos de indexação: estresses abióticos, Saccharum spp, mecanismos fisiológicos, cDNAAFLP.The objective of this work was to study morphophysiological and molecular responses of two sugarcane genotypes (drought-tolerant: TSP05-4 or drought-susceptible: TCP02-4589) to water stress. Morphophysiological traits were evaluated at five different times [two days before water stress initiation (T0), two (T1), twelve (T2) and twenty (T3) days after moderate water stress initiation, and at eight days after re-watering (T4)]. Growth traits were evaluated at the end of the experiment (after T4). The cDNA-AFLP technique was used to identify differentially-expressed genes at T1, T2 and T4. Under control (wellwatered) and water stress conditions, the tolerant genotype showed the highest values of leaf greenness index (SPAD), maximum quantum yield of PSII (Fv/Fm), and root:shoot ratio. Besides, under water stress conditions, photosynthesis, transpiration and stomatal conductance were significantly higher in that genotype than in the susceptible genotype. The susceptible genotype had taller and heavier stalks. However, water stress caused a significant reduction in stalk length in this genotype, while no differences were observed for the tolerant genotype. A total of 15 differentially- expressed transcript-derived fragments (TDF) were characterized and 8 of them were validated by real-time RT-PCR. Three TDFs showing significant sequence similarities to genes encoding a putative expressed pentatricopeptide, a protein kinase CK2 regulatory subunity CK2β3, and a glucose-6-phosphate/phosphate translocator 2 were differentially expressed in the susceptible genotype. One TDF similar to a drought-inducible protein mRNA was also up-regulated in the tolerant genotype at T2. The physiological traits and gene expression which were altered by water stress were completely reversed after re-watering, demonstrating the plasticity of sugarcane genotypes in being able to respond to changing water conditions. The results found in this study demonstrate the robustness of the tolerant genotype in response to water stress and highlights physiological and molecular differences between the two genotypes that could help in sugarcane improvement programs for stress tolerance. Indexation terms: abiotic stress, Saccharum spp, physiological mechanisms, cDNA-AFLP