Análises metabolômicas, enzimáticas e histológicas de raízes de mandioca (Manihot esculenta Crantz), durante a deterioração fisiológica em pós-colheita

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Recursos Genéticos Vegetais, Florianópolis, 2015.O presente trabalho teve como objetivo investigar as alterações nometabolismo secundário, na atividade enzimática e na histologia de raízesde quatro cultivares de mandioca (Manihot esculenta Crantz) durante adeterioração fisiológica em pós-colheita (PPD). Os resultados mostraramque durante os estágios iniciais de armazenamento das raízes, metabólitossecundários são formados (e.g., compostos fenólicos totais, antocianinas,flavonoides, escopoletina); glicosídeos cianogênicos (ácido cianídricototal, linamarina, acetona cianoidrina) são incrementados até 72 h dearmazemento; a atividade de sistemas enzimáticos antioxidantes é ativada(e.g., catalase, superóxido dismutase, cobre/zinco dismutase, manganêsdismutase, polifenol oxidase, ascorbato e guaiacol peroxidases, proteínas,linamarase); sistemas não enzimáticos antioxidantes (e.g., peróxido dehidrogênio, tocoferol, ácido ascórbico) açúcares solúveis, polissacarídeosácidos e ácidos orgânicos foram observados se acumular durante oarmazenamento nas cultivares.A principal hidroxicumarina observada foi a escopoletina. As cultivaresmais tolerantes à deterioração (Branco/IAC576-70) mostraram níveismais elevados deste metabólito, comparativamente às susceptíveis(Oriental/Sangão). Os conteúdos de escopoletina mostraram-secrescentes durante a deterioração, fato que nos permite concluir que aescopoletina poder estar envolvida na redução da deterioração no estágioinicial deste processo. A ruptura dos compartimentos celulares derivadadas lesões tissulares por ocasião da colheita permitiu o contacto dalinamarase com o seu substrato linamarina, fato constatado peloincremento dos teores de ácido cianídrico até 3-5 dias de deterioração,seguido de degradação. A atividade da linamarase foi elevada nestesestágios, mostrando-se, contudo inativa nas fases avançadas de PPD.Acúmulos de polissacarídeos ácidos e neutros (e.g. celulose) foramconstatados nas paredes celulares durante a evolução do processo dedeterioração, um fato eventualmente associado a respostas de defesavegetal à infecção por microrganismos, ou ainda a espécies reativas deoxigênio formadas na deterioração fisiológica. A hidrólise dos grânulosde amido foi detectada, subsidiando a hipótese de catabolização daquelepolissacarídeo e o acúmulo do produto metabólico derivado, conformeobservado durante o processo de deterioração.Técnicas estatísticas multivariadas (métodos supervisionados e nãosupervisionados) e modelos de predição permitiram discriminar asamostras de acordo com as variáveis metabólicas estudadas, revelandoquais variáveis bioquímicas influenciaram mais intensamente adeterioração fisiológica (PPD). Modelos preditivos mostraram ser asatividades da guaiacol peroxidase, ascorbato peroxidase, superóxidodismutase e catalase e os conteúdos totais de proteínas, carotenoides eperóxido de hidrogênio as variáveis mais relevantes para determinar oatraso da PPD. O presente estudo também permitiu identificar maiortolerância à PPD da cultivar Branco, enquanto a suscetibilidade mostrousemaior na cultivar Oriental. Por fim, considerando-se que a PPD podeser influenciada por uma série de fatores bióticos e abióticos, um maiordetalhamento dos estudos e uma integração de dados a nível genômico,proteômico, transcriptômico e metabolômico corroborará com a geraçãode um quadro de melhor entendimento dos processos bioquímicosrelacionados à PPD da mandioca, com consequências positivas noscontextos agronômico e sócio-econômico afins.<br>Abstract: This study aimed to investigate the changes in the secondary metabolism,enzyme activity and histology of four cultivars of cassava roots (Manihotesculenta Crantz) during postharvest physiological deterioration. Theresults showed that during the early stages of storage of roots, secondarymetabolites are formed (e.g., phenolic compounds, anthocyanins,flavonoids, scopoletin); cyanogenic glucosides (total cyanide, linamarin,acetone cyanohydrin) are increased up to 72 h of storage; antioxidantenzyme systems are activated (e.g., catalase, superoxide dismutase,copper/zinc superoxide, manganese superoxide, polyphenol oxidase,guaiacol and ascobate peroxidase, proteins, linamarase); non-enzymaticantioxidant systems (e.g., hydrogen peroxide, tocopherol, ascorbic acid),soluble sugars, organic acids, and acidic polysaccharides were observedto accumulate during storage.The main hydroxycoumarin observed was scopoletin. The most tolerantcultivars (Branco / IAC576-70) showed higher levels of that metabolitecompared to those susceptible (Oriental / Sangão). The scopoletin contentincreased during the deterioration (PPD), a fact that allows us to concludethat scopoletin might be involved in the reduction of deterioration at anearly stage of the process. Disruption of cellular compartments derivedfrom tissue damage at harvest allowed the contact of linamarase with yoursubstrate limanarin, a fact confirmed by the increase of cyanide contents3 to 5 days of storage, followed by the degradation. The activity oflinamarase was high in these stages, however in the advanced stages ofPPD, a decreasing was observed. Accumulation of acidic polysaccharideswere found in the cell walls during the course of deterioration, a factpossibly associated with plant defense responses to infection bymicroorganisms, or the reactive oxygen species formed in thephysiological deterioration. Hydrolysis of starch granules was detected,supporting the hypothesis of that polysaccharide catabolism with theaccumulation of their derivatives, as observed during the process ofdeterioration.Multivariate statistical techniques (supervised and unsupervisedmethods) and prediction models discriminated the samples in accordancewith their metabolic variables, revealing which biochemical variablesinfluenced more intensively in postharvest physiological deterioration(PPD). Predictive models proved the activities of guaiacol peroxidase,ascorbate peroxidase, superoxide dismutase and catalase, total proteins,carotenoids and hydrogen peroxide as the most relevant variables. Thisstudy also identified Branco cultivars as the most tolerant, while Orientalcultivar showed to be the most susceptible. Finally, considering that PPDcan be influenced by a number of factors, more detailed studies and dataintegration with genomics, proteomic, transcriptomic, and metabolomicare crucial for a better understanding of the biochemical processes relatedto PPD in cassava, which can have positive effects on future agronomicand socio-economic contexts