Alterações no fosfoproteoma foliar de Eucalyptus induzidas por CO₂

Abstract

Este estudo investigou os efeitos da elevação da concentração de dióxido de carbono (CO₂) no crescimento, perfil nutricional e fosfoproteoma de Eucalyptus urograndis, visando compreender as respostas moleculares e fisiológicas da planta a diferentes cenários de CO₂. Foram realizados três experimentos em câmaras de crescimento, com concentrações de CO₂ variando entre 420 (controle), 680, 980 e 1200 ppm. A metodologia incluiu otimização das condições de cultivo (intensidade luminosa e nutrição) e técnicas de fosfoproteômica, quantificação de macro e micronutrientes, e análises estatísticas. Os resultados do Experimento 1 evidenciaram que baixas intensidades luminosas e contaminação comprometeram o desenvolvimento das plantas e a identificação de fosfoproteínas. No Experimento 2, com condições otimizadas, observou-se um crescimento significativo das plantas e alterações no perfil nutricional (e.g., Mo, Mn, Ca nos caules; K, P, Mn, B, Ca, S, Cu, Na nas folhas) em resposta ao CO₂ elevado. As análises de fosfoproteômica, realizadas em colaboração internacional, identificaram 3610 sítios fosforilados, com 2520 atribuídos confiavelmente. Comparações pareadas revelaram 59, 61 e 30 sítios fosforilados diferencialmente regulados em 680, 980 e 1200 ppm, respectivamente. Proteínas envolvidas em processos metabólicos primários foram majoritariamente afetadas em 680 e 980 ppm, enquanto em 1200 ppm, a resposta ao estresse tornou-se proeminente. O Experimento 3 confirmou que intensidades luminosas acima de 800 µmol m⁻² s⁻¹ induziam estresse. Desafios persistiram na implementação local dos protocolos de fosfoproteômica devido à baixa eficiência de kits comerciais e subidentificação de proteínas. Conclui-se que o CO₂ em concentrações moderadas (680-980 ppm) atua como um estímulo ao crescimento e altera a dinâmica nutricional do Eucalyptus, enquanto concentrações mais elevadas (1200 ppm) induzem respostas de estresse. A transição de estímulo a estressor é refletida por mudanças específicas no fosfoproteoma. A otimização contínua das condições experimentais e das metodologias analíticas é crucial para aprofundar a compreensão das adaptações do Eucalyptus a futuros cenários climáticos.

Phosphorylation is a key event in the regulation of protein activity. The reversible phosphorylation/dephosphorylation steps can modulate signaling processes, control enzymatic activity, modify sub-cellular structures and regulate gene expression. In plants, carbon dioxide is assimilated in the plant chloroplasts under a series of reactions comprising a carbon fixation step, a reduction of organic molecules phase and a regeneration of substrates multi-step phase, and is usually referred to as the Calvin-Benson (CB) cycle. The goal of the present proposal is to identify and quantitatively profile the phosphorylated forms of CBrelated enzymes and other post-translationally modified proteins in Eucalyptus leaves after growth in high CO 2 levels. For that, we plan to isolate, enrich and acquire large scale mass spectrometry data for all phosphopeptides contained in the leaf protein extracts. Identification and correct assignment of the posttranslational modification sites from data here acquired will complement largescale discovery proteomics and may be used to expand the experimental approach proposed herewith the goal of monitoring the phosphorylation events in other CO2-enriched scenarios.