Biochemical and structural alterations induced by selenium under cadmium stress in tomato plants

Abstract

As plantas estão expostas a adversidades no ambiente que as circundam, como a contaminação por cádmio (Cd). Este metal pesado tem aumentado na atmosfera devido a atividades humanas. As plantas podem absorver o Cd, causando sérias alterações estruturais, fisiológicas e bioquímicas. As plantas desenvolveram sistemas de defesa complexos, incluindo mecanismos não enzimáticos e enzimáticos para evitar uma cascata de oxidação descontrolada causada pelo estresse oxidativo. Alguns elementos, como o selênio (Se), se utilizados em concentração adequadas, podem induzir uma melhora no sistema antioxidante, no crescimento e nos atributos fotossintéticos. Ainda é pouco conhecido o papel do Se nas respostas das plantas ao estresse. O objetivo deste trabalho foi obter novas informações sobre o papel do selenato e selenito no sistema de desintoxicação das plantas, incluindo a avaliação da nutrição mineral, atividade de enzimas antioxidantes e conteúdo de compostos não enzimáticos, pigmentos, alterações estruturais e o papel do Se na modulação do etileno, com o uso de mutantes hormonais como ferramenta. Nossos dados indicam que o Se é uma estratégia interessante para melhorar o metabolismo da planta sob condições normais ou estressantes. O selênio pode induzir aumento da ação do metabolismo de defesa antioxidante, provavelmente devido a alterações na sinalização do etileno. Além disso, em condições normais, o Se induz alterações estruturais nas células, o que pode contribuir para o desenvolvimento das plantas. Assim, o Se é uma estratégia interessante a ser utilizada na agricultura para melhorar a produção agrícola.

Cadmium (Cd) contamination is a worldwide concern and one of the most severe causes of abiotic stress in plants, triggering losses in crop production and contamination risks to human health. This heavy metal increased in atmosphere due to human activities. Plants can uptake Cd, causing serious changes in structural, physiological and biochemical processes. Plants developed a complex defence systems including non-enzymatic and enzymatic mechanism to avoid oxidative stress and prevent an uncontrolled oxidation cascade. Some elements, such as selenium (Se), if used in adequate concentration, may induce an improvement in antioxidant system, growth and photosynthetic attributes. It is still unknown the mechanisms of Se in stress responses. The aim of this work was get new insights about the role of selenate and selenite-mediated detoxification strategies, including the evaluation of mineral nutrition, the activity of antioxidant enzymes and non enzymatic compounds, pigments, structural alterations and the role of Se in modulate ethylene, with the use of hormonal mutants as a tool. Our data indicates that Se is an interesting strategy to improve plant metabolism under normal or Cd stressful-condition. Selenium may induce enhancement in antioxidant defence metabolism, probably due to alterations in ethylene signalling. Moreover, under normal condition Se induce structural alterations in cells, which may contribute to plant development. Thus, the information available in this work is a fundamental step towards obtaining a better understanding about Se role in plant metabolism.