Alterações no proteoma caulinar de Eucalyptus globulus e Eucalyptus grandis em resposta a variações de temperatura - Costa, Marília Gabriela de Santana [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2017)
A indústria de papel e celulose brasileira ocupa uma posição de destaque no mercado mundial. O Eucalyptus grandis é a espécie mais plantada pelo setor florestal e a principal fonte de matéria-prima para a indústria de papel e celulose. Contudo, seu crescimento em regiões de baixa temperatura é limitado. Contrariamente, a espécie Eucalyptus globulus apresenta melhor crescimento em baixas temperaturas, tornando-se cada vez mais interessante para a indústria nacional de papel e celulose. Tendo em vista que a temperatura é um modulador chave no metabolismo das plantas, uma análise global do proteoma foi realizada em plântulas cultivadas em temperaturas controladas, visando a identificação de proteínas diferencialmente reguladas entre as espécies e entre as diferentes condições de cultivo, detecção de vias metabólicas estimuladas pela temperatura e detecção de alterações no metabolismo antioxidante e de lignificação. A estratégia adotada permitiu a identificação de 3.111 proteínas caulinares, representando aproximadamente 9% do proteoma predito para a espécie modelo E. grandis. O perfil de expressão gênica, em termos de número de proteínas identificadas, corroborou com o padrão de densidade gênica para os cromossomos de Eucalyptus. Foram identificadas proteínas envolvidas em diversas vias metabólicas, com destaque para as vias relacionadas com o metabolismo energético, de aminoácidos e nucleotídeos, de lipídeos e carboidratos. Com relação às proteínas diferencialmente reguladas, 16 proteínas apresentaram alteração em sua abundância somente em E. grandis, 38 somente em E. globulus e 12 apresentaram alterações em ambas as espécies. Além disso, um total de 103 proteínas antioxidantes foram detectadas nos caules de ambas as espécies. O perfil de regulação frente ao estímulo térmico, revelou que as alterações nas proteínas antioxidantes são mais proeminentes quando as mudas de Eucalyptus foram expostas a altas temperaturas. Com relação à biossíntese de lignina, a nossa abordagem proteômica resultou na identificação de 27 das principais enzimas envolvidas neste metabolismo, corroborando com as predições de genes e o “toolbox” de lignificação proposto. A análise quantitativa revelou diferenças na abundância de isoformas específicas dependendo do estímulo térmico em que as plantas foram expostas; contudo, o tratamento a alta temperatura foi aquele que induziu mais diferenças entre os proteomas relacionados com a lignificação de E. globulus e de E. grandis. A partir dos resultados obtidos, conclui-se que o estímulo térmico promove alterações importantes no proteoma caulinar jovem de Eucalyptus, evidenciando aumento na atividade antioxidante em plantas expostas ao calor e expressão diferencial mais proeminente em plantas submetida ao frio.

The Brazilian pulp and paper industry occupies a prominent position in the world market. The Eucalyptus grandis is the most used species in the forest sector and the main source of raw material for Brazilian industry. However, its growth in low temperature regions is limited. In contrast, the Eucalyptus globulus species shows a better growth at low temperatures, for whom interest has increased within the national pulp and paper industry. Since temperature is a key modulator in plant metabolism, a global proteome analysis was performed on seedlings grown at controlled temperatures, aimed at the identification of differentially regulated proteins between the species and between the different culture conditions, detection of metabolic pathways stimulated by temperature and detection of alterations in antioxidant metabolism and lignification. The strategy used here allowed the identification of 3,111 stem proteins, representing approximately 9% of the predicted proteome of the E. grandis model species. The gene expression profile, in terms of the number of proteins identified, corroborated with the gene density pattern for the Eucalyptus chromosomes. Proteins involved in several metabolic pathways have been identified, especially the pathways related to energy metabolism, and metabolism of amino acids, nucleotides, lipids and carbohydrates. Regarding the differentially regulated proteins, 16 proteins showed alterations in their abundance only in E. grandis, 38 only in E. globulus and 12 presented alterations in both species. In addition, a total of 103 antioxidant proteins were detected in the stems of both species. The regulation profile upon thermal stimulus revealed that changes in antioxidant proteins are more prominent when Eucalyptus seedlings were exposed to high temperatures. Regarding the biosynthesis of lignin, our proteomic approach resulted in the identification of 27 of the main enzymes involved in this metabolism, corroborating with the gene predictions and the proposed lignin toolbox. Quantitative analysis revealed differences in the abundance of specific isoforms depending on the thermal stimulus to which the plants were exposed; however, the high temperature treatment was the one that induced more differences between the proteomes related to the lignification of E. globulus and E. grandis. The results demonstrate that thermal stimuli cause important alterations in the Eucalyptus stem proteome, evidenced by the increase in the antioxidant activity in plants exposed to heat and the most prominent differential expression in plants submitted to cold environments.
Changes in proteome stem of Eucalyptus globulus and Eucalyptus grandis in response to temperature changes
Keywords: Eucalyptus; Biomassa lignocelulósica; Enzimas de neutralização de espécies reativas de oxigênio; Estresse térmico; Lignocellulosic biomass; Temperature stress; Reactive oxygen species scavenging enzymes