Importance of nitric oxide radical in floral development process using Arabidopsis thaliana L as a model

O radical óxido nítrico (NO), que pode ser produzido nos organismos pela oxidação de arginina ou redução de nitrito, é uma importante molécula sinalizadora em plantas atuando como modulador de diversos processos metabólicos e de desenvolvimento. Recentemente foi identificado como um dos sinais envolvidos no processo de floração. A transição da fase de crescimento vegetativo para a fase reprodutiva é atrasada em plantas mutantes que superproduzem NO, enquanto que a floração é precoce em plantas mutantes deficientes na síntese deste radical. O principal objetivo deste trabalho foi identificar os sítios de produção de NO durante o desenvolvimento floral de Arabidopsis thaliana L. Foram utilizados os indicadores fluorescentes 4,5-diacetato de diaminofluoresceína (DAF-2 DA) e 1,2-diaminoantraquinona (1,2-DAA) para localizar in situ, por microscopia de fluorescência, a produção de NO em botões florais de A. thaliana em diferentes estágios de desenvolvimento. Ainda, a produção de NO pelas estruturas florais foi comparada entre plantas do tipo selvagem e mutante duplo defectivo para os genes estruturais da enzima nitrato redutase - NR - (nia1 nia2) que apresentam conteúdo reduzido de aminoácidos e nitrito e, consequentemente, de NO em suas folhas. Foi analisado também o efeito do seqüestrador de NO, CPTIO, na prevenção da emissão de fluorescência. Os resultados mostraram que o NO é sintetizado em células e tecidos específicos da estrutura floral e que sua produção aumenta com o desenvolvimento floral até a antese: a fluorescência dos indicadores, prevenida pelo seqüestrador de NO, ficou restrita às papilas estigmáticas em gineceus imaturos e a grãos de pólen produzidos pela antera no estame. Plantas mutantes de A. thaliana nia1 nia2 apresentaram o mesmo padrão de emissão de NO nos órgãos florais que o tipo selvagem. Sépalas e pétalas não apresentaram produção significativa de NO em ambos os genótipos analisados. A validação dos resultados obtidos por microscopia foi feita através da incubação de tecidos florais intactos com DAF-2, quantificando-se, por espectrofluorimetria, o composto DAF-2T resultante da reação do indicador com o NO emitido pelos tecidos. Os dados obtidos por espectrofluorimetria mostraram que a intensidade de fluorescência emitida por botões florais foi maior durante o estágio 11 de desenvolvimento, corroborando os dados obtidos de localização por microscopia de fluorescência. Ainda, foi possível quantificar que as plantas do tipo selvagem apresentam, em média, maior intensidade de fluorescência emitida, que plantas nia1 nia2: 1,39 e 1,89 vezes maior nas fases 11 e 13 de desenvolvimento, respectivamente. Um segundo objetivo deste trabalho foi avaliar o papel da enzima NR na indução floral. Os dados obtidos revelam que plantas nia1 nia2 possuem floração precoce, 6 dias em média, quando comparadas com plantas do tipo selvagem. Para verificar se a floração precoce no mutante nia1 nia2 era conseqüência apenas da deficiência do radical NO, ou também da deficiência de aminoácidos, foram analisados os parâmetros de indução floral em plantas nia1 nia2 tratadas com os aminoácidos arginina ou glutamina, para a recuperação dos níveis basais de aminoácidos. A floração neste mutante permaneceu precoce, sugerindo que o fenótipo de floração precoce é conseqüência da deficiência de NO nestas plantas durante a fase vegetativa. Estes resultados sugerem que o NO pode ter um importante papel no processo de floração e no sucesso da reprodução vegetalThe radical nitric oxide (NO), that can be produced in the organism by arginine oxidation or nitrite reduction, is an important signaling molecule in plants acting as modulator of several metabolic and developmental processes. Recently NO was identified as one of several signals involved in flowering. The transition from vegetative to reproductive growth is delayed in mutant plants that overproduce NO, while this process is precocious in mutant plants deficient in NO synthesis. The main objective of this study was to identify the sites of NO production during floral development of Arabidopsis thaliana. The fluorescent probes, 4,5-daminofluorescein diacetate and 1,2-diaminoanthraquinone, were utilized to localize in situ, by fluorescence microsopy, the NO production in floral buds of A. thaliana at different stages of development. Still, NO production by the floral structures was compared between wild-type and double defective mutant plants for structural genes of nitrate reductase enzyme - NR - (nia1 nia2) which have reduced content of amino acids and nitrite and, consequently, of NO in their leaves. It was also analyzed the effect of the NO scavenger, CPTIO, in preventing the fluorescence emission. The results showed that NO is synthesized in specific cells and tissues in the floral structure and its production increases with the floral development until anthesis: the fluorescence of the indicators, prevented by NO scavenger, was restricted to the stigmatic papillae, in the gynoecium, and to pollen grains produced by anther in stamen. Mutant plants of A. thaliana nia1 nia2 showed the same pattern of NO emission by the floral organs to that observed in the wild type genotype. Sepals and petals showed no significant NO production in both genotypes analyzed. Validation of the results obtained by fluorescence microscopy was realized by incubating floral tissues with DAF-2 and quantifying, by spectrofluorimetry, the DAF-2T resulted from reaction between the probe and the NO emitted by the tissues. Data obtained by spectrofluorimetry showed that the fluorescence intensity emitted by floral buds was higher during stage 11 of development, corroborating localization data obtained by fluorescence microscopy. Additionally, wild type plants showed greater intensity of fluorescence emission, on average, than nia1 nia2 plants: 1,39 and 1,89 times higher in phases 11 and 13 of development, respectively. A second objective of this work was to evaluate the role of the NR enzyme in floral induction. Data obtained revealed that nia1 nia2 plants flowers earlier, 6 days on average, than the wild-type plants. To verify whether the early flowering phenotype in nia1 nia2 was only consequence of the NO deficiency, or was also due to the amino acids deficiency, it were analyzed the parameters of floral induction in nia1 nia2 plants treated with the amino acids arginine or glutamine for the recovery of the amino acids levels. Flowering in this mutant remained precocious, suggesting that the early flowering phenotype is a consequence of NO deficiency in these plants during the vegetative growth. These results suggest that NO may have an important role in the flowering process and to the reproductive success of the plan