Contribuição de variações no perfil de metilação do DNA e alterações metabólicas e fisiológicas para adaptação de plantas de arroz (Oryza sativa L.) a sistemas de cultivo com baixo teor de nitrogênio

Abstract

Deficiência por nitrogênio (N) é um estresse abiótico a que plantas de arroz estão susceptíveis ao longo do ciclo de cultivo, devido sobretudo à grande demanda por N apresentada por essa cultura e, também, pela fácil perda desse nutriente no solo. A metilação do DNA é um mecanismo epigenético que afeta o desempenho das plantas frente a diversos estresses ambientais. Os objetivos dessa pesquisa foram: 1) verificar se plantas de arroz submetidas ao estresse pelo baixo fornecimento de N modificam o perfil de metilação do DNA; 2) verificar possíveis alterações no perfil de metilação do DNA, modificações morfo-fisiológicas, metabólicas, e expressão gênica em plantas de arroz submetidas a diferentes ciclos de cultivo com baixo N ; 3) estabelecer relações entre modificações na metilação do DNA e alterações morfo-fisiológicas e metabólicas; 4) determinar se a exposição a ciclos de cultivo com baixo N resulta em plantas melhor adaptadas a essa condição. Para isso, as variedades de arroz Esmeralda (melhorada), Manteiga e Piauí (tradicionais do estado do Maranhão), foram submetidas aos seguintes tratamentos: Controle – plantas cultivadas com N-suficiente (60 kg N ha-1) durante três ciclos de cultivo sucessivos; NS1 – plantas cultivadas com baixo N (10 kg N ha-1) somente no último ciclo de cultivo (primeira exposição ao estresse); NS2 – plantas cultivadas com baixo N no primeiro e terceiro ciclo de cultivo (estresse intermitente); NS3 – plantas cultivadas com baixo N durante três ciclos sucessivos (estresse recorrente). Foi verificado em plantas da variedade Esmeralda uma redução na metilação total do DNA cultivadas com baixo N em comparação ao controle. Plantas submetidas aos tratamentos de baixo N apresentaram maior redução no número de bandas hemi-metiladas em detrimento de bandas totalmente metiladas. A redução mais severa no número de bandas hemi-metiladas foi verificada em plantas submetidas ao tratamento NS2, o que foi acompanhado por um aumento mais expressivo no número de bandas totalmente metiladas. Essa modificação no padrão de metilação do DNA observado em NS2 foi seguido por uma redução na produção de grãos, na eficiência fotossintética e nos parâmetros relacionados a eficiência de uso de N. As variedades Manteiga e Piauí apresentaram um aumento expressivo no número total de bandas metiladas quando submetidas aos tratamentos de estresse por baixo N em comparação ao controle. Esse resultado deveu-se, sobretudo, ao forte aumento no número de bandas totalmente metiladas. Plantas submetidas aos tratamentos NS2 e NS3 tiveram aumento mais expressivo no número de bandas totalmente metiladas, e uma redução no número de bandas hemi-metiladas. Essa modificação no padrão de metilação foi acompanhada por maior rendimento de grãos, melhor eficiência fotossintética, aumento na eficiência de uso de N e alterações na expressão gênica. Os resultados mostram que a exposição ao baixo N altera o padrão de metilação do DNA, e que o tipo e a intensidade dessa alteração dependem tanto da duração do estresse quanto das variedades em estudo. As alterações no padrão de metilação DNA são acompanhadas por modificações morfo-fisiológicas, metabólicas e na expressão gênica. A exposição ao estresse intermitente e recorrente melhora o desempenho das variedades Manteiga e Piauí, enquanto o estresse intermitente é prejudicial a variedade Esmeralda.