Effect of al toxicity on endogenous antioxidant response in three oat genotypes.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESAluminum (Al) is a metal that presents toxic effect on plant growth in acidic soils. In these soils, with pH under 5.5, Al can be found in its trivalent form (Al3+), which might compromise the root growth, as well as affect the plant physiological and biochemical processes. Cereal crops are highly affected by this toxicity, being Avena spp one of the most tolerant species to develop in acidic soils. Thus, the objective of this research was to evaluate and compare antioxidant system responses of three oat genotypes in vitro and verify if these parameters have an important participation on aluminum presence tolerance mechanism for each genotype. For this study, two commercial cultivars of oat (URS Charrua and URS Guria) and a known tolerant cultivar (UFRGS17) were selected through a program called Programa de Melhoramento de Aveia of Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). These genotypes were exposed to 740 μM of Al during five days and maintained in a growth room under controlled temperature and luminosity. The experiment consisted of six groups: UFRGS 17 control (CTL), URS Charrua CTL and URS Guria CTL were not exposed to Al; UFRGS 17 Al, URS Charrua Al and URS Guria Al were exposed to Al. Each group presents four replicates with eighty seedlings. After a period of five days, the plants were collected and separated in shoots and roots for the analysis of CAT, SOD, GPOX, pigment content, lipid peroxidation and H2O2 levels. Pigment concentration did not present changes in all genotypes, either in presence or lack of Al. However, CAT and SOD enzyme activities were reduced in Al presence and GPOX activity, presenting no changes in Al presence or absence. However, there was a reduction on CAT enzyme activity, on genotypes UFRGS 17 and URS in shoots and URS Charrua in roots. SOD enzyme presented a reduction on activity in UFRGS 17, URS Charrua e URS Guria shoots genotypes and URS Charrua e URS Guria in roots. On the other hand, GPOX enzyme was not suffered any changes with metal exposure. Lipid peroxidation and H2O2 levels had no alterations after the exposure to metal. GPOX could act maintaining H2O2 and lipid peroxidation levels, because its enzyme plays an important role in stress by metals when CAT, for example, has its activity reduced by metal toxicity. It is important to consider that genotypes responded in different forms to Al exposure, which demonstrates that tolerance mechanisms used for each genotype do not occur similarly. Moreover, other antioxidant system enzymes can be acting to control the oxidative stress, along with other mechanisms that can be acting under Al- toxicity.O Al é um metal que apresenta efeito tóxico no crescimento de plantas em solos ácidos. Nesses solos, com pH abaixo de 5,5, o Al encontra-se na forma trivalente Al3+, a qual pode comprometer o crescimento radicular, além de afetar processos fisiológicos e bioquímicos das plantas. As culturas cereais são bastante afetadas por essa toxicidade, sendo a aveia uma das espécies que apresenta maior tolerância para se desenvolver em solos ácidos. Dessa maneira, o objetivo desse estudo foi avaliar e comparar as respostas do sistema antioxidante de três genótipos de aveia in vitro e verificar se esses parâmetros tem papel importante no mecanismo de tolerância a presença do alumínio para cada genótipo. Para o estudo foram selecionados duas cultivares comerciais de aveia (URS Charrua e URS Guria) e uma cultivar com características de tolerância bem estabelecidas (UFRGS 17), obtidas através do Programa de Melhoramento de Aveia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Esses genótipos foram expostos a 740 μM de Al durante cinco dias, mantidos em sala de crescimento com temperatura e luminosidade controladas. O experimento constituiu-se de seis grupos, UFRGS 17 controle (CTL), URS Charrua CTL e URS Guria CTL que não foram expostos ao Al e de UFRGS 17 Al, URS Charrua Al e URS Guria Al que foram expostos à presença do Al. Cada grupo apresentava quatro replicatas com 80 plântulas cada. Após o período de 5 dias as plantas foram coletadas e separadas em parte aérea e raiz, para a realização das análises de atividade das enzimas catalase, superóxido dismutase, guaiacol peroxidase, além de verificar a concentração de pigmentos e os níveis de peroxidação lipídica e peróxido de hidrogênio. Foi possível observar que a concentração de pigmentos não foi alterada em nenhum genótipo na presença ou não de Al. Porém houve uma redução na atividade da enzima CAT nos genótipos UFRGS 17 e URS Charrua em folha e URS Charrua em raiz. A enzima SOD apresentou uma redução na atividade nos genótipos UFRGS 17, URS Charrua e URS Guria em folha e URS Charrua e URS Guria em raiz. Já a enzima GPOX não sofreu alterações com a exposição ao metal. Os níveis de peroxidação lipídica e peróxido de hidrogênio também não sofreram mudanças significativas com a exposição a toxicidade do Al. Pode-se sugerir que a enzima GPOX está atuando para a manutenção dos níveis de H2O2 e de peroxidação lipídica, visto que essa enzima desempenha importante papel em estresses causados por metais, quando a CAT, por exemplo, tem sua atividade reduzida pela toxicidade do metal. Torna-se importante considerar que os genótipos responderam de forma diferente a exposição ao Al, o que demonstra que os mecanismos de tolerância não ocorrem da mesma forma, além disso, outras enzimas do sistema antioxidante podem estar atuando para o controle do estresse oxidativo e outros mecanismos podem estar atuando frente a toxidez do Al