Control of metabolism and development of the epiphyte orchid Catasetum fimbriatum in response to light incidence on the root system

O ambiente epifítico é considerado um dos habitats mais desafiadores para as plantas, pois a disponibilidade hídrica e nutricional pode ser bastante escassa. Além disso, as plantas que colonizam este ambiente estão mais expostas aos fatores ambientais, dentre eles a luminosidade se mostra bastante importante, uma vez que esta atua tanto como fonte de energia na fotossíntese quanto como sinal ambiental em repostas fotomorgênicas. Sabe-se, por exemplo, que a luz exerce forte influência sobre a morfogênese radicular de plantas em geral, porém impacta ainda mais o desenvolvimento de orquídeas epífitas, dada a frequente exposição de suas raízes aéreas à incidência luminosa. Tendo em vista que a auxina ácido indolil-3-acético (AIA), o ácido abscísico (ABA) e o etileno são moduladores cruciais no controle da arquitetura radicular na maioria das plantas, sendo também mediadores chave em várias respostas fotomorfogênicas, este estudo propôs-se a investigar o possível envolvimento destes hormônios durante diferentes respostas morfo-fisiológicas desencadeadas pela exposição à luz do sistema radicular de plantas de C. fimbriatum. A ausência de incidência luminosa sobre às raízes resultou em maiores taxas de crescimento e volume radicular, porém, com menor acúmulo de biomassa em relação às raízes expostas à luz. O incremento na biomassa em raízes expostas à luz esteve correlacionado ao espessamento da parede celular na região cortical, o qual ocorreu em resposta especificamente à luz azul. Em termos gerais, a exposição das raízes à luz induziu o aumento nos níveis de AIA e ABA, enquanto que os teores de ACC foram superiores em raízes protegidas da incidência luminosa. Estes resultados sugerem que a luz pode modular o desenvolvimento radicular de C. fimbriatum através de um fino controle hormonal que depende de ajustes coordenados dos níveis de AIA ABA e ACC. Também foi investigado o potencial envolvimento das auxinas e do ABA durante a remobilização de carboidratos entre pseudobulbos e folhas de plantas que tiveram seus sistemas radiculares expostos à (ou protegidos da) luz. Os resultados revelaram que a manutenção das raízes sob condições de escuro levou ao aumento dos teores de AIA e de todas as fontes de carbono estudadas (especialmente de glicose e frutose) nos pseudobulbos, enquanto que as raízes cobertas apresentaram apenas um leve aumento no conteúdo de AIA. O tratamento concomitante das raízes com a condição de escuro e a aplicação de um inibidor do transporte polar de auxina causou uma diminuição abrupta nos teores de AIA em todos os órgãos analisados e a elevação do conteúdo de ABA no sistema radicular. De maneira interessante, essa última condição experimental induziu um conspícuo acúmulo de carboidratos nos pseudobulbos, principalmente de sacarose. Assim, os dados deste trabalho reforçam a importante participação do AIA e ABA como possíveis mediadores da sinalização desencadeada pela luz incidente no sistema radicular de C. fimbriatum, cujas respostas induzidas regulam não somente a morfogênese de tecidos radiculares, mas também influenciam na regulação da partição de carbono no sistema caulinar por meio de um provável mecanismo de sinalização à longa distânciaThe epiphytic environment is considered one of the most challenging for plants, due to frequent scarcity of water and nutrients. Furthermore, the plants that colonized this biotope are usually more exposed to the environmental cues. Light is considered one of the most important signals controlling plant development because it can act as both an energy source for photosynthesis and an environmental signal for photomorphogenic responses. Besides, light can influence the root morphology of most plants, with even stronger impacts expected in aerial roots of epiphytic orchids due their frequent exposition to direct light. Since indole-3-acetic acid (IAA), abscisic acid (ABA) and ethylene are crucial hormonal signals modulating the root architecture in most plant species, and key mediators during numerous photomorphogenic responses, this study investigated the potential involvement of these hormones in different morpho-physiological responses regulated by either the darkness treatment or the light exposure of Catasetum fimbriatum root system. The absence of light incidence on the roots resulted in higher root volume and growth rate, but lower dry mass accumulation than the light-exposed ones. The higher accumulation of biomass in the light-exposed roots was closed correlated with a more intense cell wall thickening in the root cortex, which appeared to be specifically induced by the blue light. In general, root exposure to light induced increasing levels of ABA and AIA, while the ACC content was higher in roots protected from light. This suggests that light might modulate C. fimbriatum root development through a fine-tuned hormonal mediation, which depends on coordinated adjustments of IAA, ABA and ACC levels. This study also investigated the potential involvement of auxin and ABA during the (re)mobilization of carbohydrates in pseudobulbs and leaves of plants that had their root systems either exposed to (or protected from) light. The results revealed that covering the roots increased in pseudobulbs the levels of AIA and all carbon sources studied (specially glucose and fructose), while the covered roots showed slightly higher levels of AIA. The concomitant treatment with NPA and root covering caused a sharp decrease of AIA levels in all organs and an ABA increase in the root system. Interestingly, this last condition induced a conspicuous carbohydrate accumulation in pseudobulbs, with sucrose as the predominant form. The data obtained in this study reinforce the remarkable participation of IAA and ABA as possible mediators of the signaling cascades triggered by the light incidence on C. fimbriatum root system, which was capable of inducing photomorphogenic responses not only in root tissues, but was also able to influence the carbon portioning in the shoot system by a potential long-distance signaling mechanis