Biochemical, physiological, anatomical and proteomic alterations of forest seeds under thermal stress

Estudos anatômicos, fisiológicos e bioquímicos durante a germinação de sementes de Cedrela fissilis sob estresse térmico são fundamentais, tendo em vista a possibilidade do aumento da temperatura global, da importância econômica da espécie e do pouco conhecimento acerca do seu uso. Além disso, a escassez de informações com base em analise proteômica em espécies nativas brasileiras, estudos de espécies de interesse econômico e ambiental são necessários como a Melanoxylon brauna. Nesse sentido, o presente trabalho tem como objetivo: avaliar alterações bioquímicas, fisiológicas e anatômicas durante a germinação de Cedrela fissilis em diferentes temperaturas e análisar qualitativamente o perfil de proteínas de sementes de M. brauna sob estresse térmico. Avaliou-se a germinação de cedro em 25, 30 e 35 °C, temperatura alternada de 35/25 °C, o índice de velocidade de germinação (IVG), condutividade elétrica, consumo de oxigênio, e monossacarídeos de açucares solúveis. Também foi avaliado o teor de peróxido de hidrogênio durante a germinação, assim como a atividade enzimática da invertase, ascorbato peroxidase, protease, catalase, superóxido dismutase, peroxidase de fenóis em condições de diferentes temperaturas. Realizou-se cortes anatômicos da semente e histoquímica de proteínas. O perfil expresso de proteinas de M.brauna foi utilizado SDS PAGE com short run e a leitura feita por espectromea de massas UPLC nanoAcquity MS. Os experimentos foram conduzidos no delineamento inteiramente causalizado (DIC). A embebição das sementes de cedro em 35 °C com posterior transferência para 25 °C favoreceu a germinação. Na temperatura de 35 °C ocorreram maiores danos ao sistema de membranas, aumento no consumo de oxigênio, maior alteração de compostos de reserva tais como redução no teor de amido, teor de glicose total e monossacarídeos assim como, acumulo de H 2 O 2 , maior atividade de invertase e proteases, comprometimento do sistema oxidante e posterior morte das sementes. Após 72 horas de embebição, foram observadas alterações anatômicas na região micropilar e no endosperma lateral assim como redução de proteínas. A análise proteômica da semente de M. brauna demonstrou que há diferença de abundância de proteínas expressas quando as sementes são submetidas a 25 e 40 °C. Foram identificadas 69 proteínas em sementes de braúna. A presença de proteínas em T0 (sem embebição) estão relacionadas a proteção e processo germinativo inicial da semente. Sob 25°C as proteínas presentes pertencem a síntese de ATP, sistema antioxidante, proteção celular e síntese de novo. As proteínas detectadas à 40 °C integram vias ligadas ao estresse oxidativo, sistema antioxidante, manutenção celular. Palavras-chave: Efeito da temperatura. Cedrela fissilis. Melanoxylon brauna. Proteína.Anatomical, physiological and biochemical studies during the germination of Cedrela fissilis seeds under thermal stress are fundamental, considering the possibility of global temperature increase, the economic importance of the species and the little knowledge about its use. In addition, the scarcity of information based on proteomic analysis in native Brazilian species, studies of species of economic and environmental interest are necessary as Melanoxylon brauna. In this sense, the present work aims: to evaluate biochemical, physiological and anatomical changes during Cedrela fissilis germination at different temperatures and to qualitatively analyze the protein profile of M. brauna seeds under thermal stress. Cedar germination at 25, 30 and 35 ° C, alternating temperature of 35/25 ° C, germination speed index (IVG), electrical conductivity, oxygen uptake, and soluble sugar monosaccharides were evaluated. Hydrogen peroxide content during germination was also evaluated, as well as the enzymatic activity of invertase, ascorbate peroxidase, protease, catalase, superoxide dismutase, phenol peroxidase under different temperature conditions. Seed anatomical sections and protein histochemistry were performed. The expressed profile of M.brauna proteins was used with short run SDS PAGE and reading by UPLC nanoAcquity MS mass spectrometry. The experiments were conducted in a completely causal design (DIC). The soaking of cedar seeds at 35 ° C and later transfer to 25 ° C favored germination. At 35 ° C, there was greater damage to the membrane system, increased oxygen uptake, greater change in reserve compounds such as reduced starch content, total glucose and monosaccharides as well as increased H 2 O 2 accumulation, invertase and proteases, oxidative system impairment and subsequent seed death. After 72 hours of soaking, anatomical changes were observed in the micropillary region and lateral endosperm as well as protein reduction. Proteomic analysis of M. brauna seed showed that there is a difference in abundance of proteins expressed when seeds are submitted to 25 and 40 ° C. We identified 69 proteins in brauna seeds. The presence of proteins in T0 (without imbibition) are related to seed protection and initial germination process. At 25 ° C the proteins present belong to ATP synthesis, antioxidant system, cellular protection and de novo synthesis. Proteins detected at 40 ° C integrate pathways linked to oxidative stress, antioxidant system, cellular maintenance. Keywords: Effects of temperature. Cedrela fissilis. Melanoxylon brauna. Protein