Efeito da exposição de Solanum nigrum L. a concentações elevadas de níquel e crómio e participação das metalotioninas na homeostasia destes metais

Abstract

Plantas de Solanum nigrum L. foram expostas a diferentes concentrações de Ni e de Cr, durante diferentes períodos de tempo, para verificar se esta espécie vegetal poderá ser utilizada como ferramenta de remediação de locais contaminados por estes metais e, também, para averiguar (e descriminar) a participação das metalotioninas na homeostasia e tolerância destas plantas a estes metais. A exposição de S. nigrum a níveis elevados de Ni induziu o aparecimento de clorose foliar e a redução do crescimento da parte aérea e da raiz, apesar de apenas ter desencadeado stress oxidativo nas raízes das plantas expostas a 100 μM, não se tendo verificado qualquer dano na parte aérea. Um dos mecanismos de defesa utilizado pelas plantas contra este stress foi o aumento dos níveis de prolina livre nas raízes. Já a exposição de uma semana ao Cr (III) não conduziu ao aparecimento de sintomas visíveis de toxicidade nem à redução do crescimento das plantas. Ambas as concentrações utilizadas desencadearam stress oxidativo apenas nas raízes, mas somente a exposição a 1000 μM de Cr (III) conduziu a um aumento no teor de prolina livre, sugerindo a participação de outros mecanismos de defesa antioxidante numa situação de exposição prolongada a este metal. Apesar desta aparente tolerância de S. nigrum a elevadas concentrações destes metais, os baixos níveis de Ni e Cr (III) quantificados nos tecidos destas plantas não permitem considerá-las hiperacumuladoras de nenhum deles, embora possam ser utilizadas para fitoestabilizarem estes poluentes nos solos. O estudo da acumulação de transcritos de metalotioninas nos tecidos das plantas expostas a estes metais permitiu verificar que a acumulação dos mRNAs das MT2a e MT2d foi induzida pelo Ni e pelo Cr (III), havendo também acumulação nos tecidos das plantas controlo, indicando o envolvimento destas MTs na homeostasia destes dois metais num processo de defesa primário não específico de um determinado metal. Observou-se também que o Ni induziu especificamente o aumento da acumulação dos transcritos das MT2c e das MT3 na parte aérea das plantas, enquanto que o Cr (III) não induziu especificamente nenhum tipo de MTs estudado, admitindo-se como possível o envolvimento das MT1 e/ou de outros agentes quelantes nesta tolerância. Este trabalho permite, assim, apoiar a hipótese da existência de especificidade no papel de determinadas metalotioninas, as MT2c e MT3, na homeostasia do Ni, contribuindo deste modo para o esclarecimento dos papéis dos vários tipos de MTs na homeostasia dos metais nas plantas. Foi iniciado um processo de obtenção de S. nigrum transgénicas com a expressão das MT2c silenciada, de modo a ser possível, no futuro, confirmar a contribuição específica desta proteína na homeostasia do Ni.

Solanum nigrum L. plants were exposed to different concentrations of Ni and Cr, during different periods of time, to verify if this plant species could be used as a tool for the remediation of sites contaminated by these metals and also to investigate (and discriminate) the participation of metallothioneins in the homeostasis and tolerance of these plants to those metals. Exposure of S. nigrum to high levels of Ni induced the appearance of leaf chlorosis and the reduction of shoot and root growth, despite only causing oxidative stress in the roots of plants exposed to 100 μM of this metal, without damaging the shoots. One of the defense mechanisms used by plants against this stress was the increase of free proline levels in roots. In the case of Cr (III), the exposure of plants to this metal did not lead to the appearance of visible signs of toxicity nor the reduction of plant growth. Both concentrations used triggered oxidative stress solely in the roots, but only the one-week exposure to 1000 μM of Cr (III) led to an increase of free proline content, suggesting the involvement of other antioxidant defense mechanisms when considering a long-term exposure. Despite this apparent tolerance of S. nigrum to high concentrations of these metals, the low levels of Ni and Cr (III) quantified in these plants’ tissues do not allow to be consider this plant species a hyperaccumulator for either of these metals, but it can be used to phytostabilize these pollutants in soils. The study of the accumulation of metallothioneins’ transcripts in the tissues of plants exposed to these metals showed that the mRNA accumulation of both MT2a and MT2d was induced by Ni and Cr (III), and it was also noted the accumulation of these transcripts in the control-derived plants tissues, suggesting an involvement of these proteins in Ni and Cr (III) homeostasis, in a non metal-specific primary defense process. It was also revealed that Ni specifically induced the increase of MT2c and MT3 mRNA accumulation in shoots, whereas Cr (III) did not specifically induce any type of the MTs studied, suggesting the possible involvement of MT1 and/or other chelators in this tolerance response. In fact, this work supports the hypothesis of the existence of a metallothioneins-specific role of MT2c and MT3 in Ni homeostasis, thereby contributing to the clarification of the roles the various types of MTs play in metal homeostasis in plants. A process of elaboration of transgenic S. nigrum plants with silenced MT2c expression was also started, in order to confirm the specific contribution of these proteins in Ni homeostasis in the future.