Katı Elektrolit İnce Tabakalarının Üretilmesi

2.2.1 Aspectos gerais do estresse salino

A salinidade reduz o crescimento e a produtividade das plantas em todo o mundo. Estima-se que mais de 600 milhões de hectares (ha) estejam afetados pela salinidade nos próximos anos (FAO, 2015). Como resultado do aumento da salinização de terras agrícolas, é projetado que cerca de 50 % das terras cultivadas serão inutilizáveis até o século 21 (WANG et al., 2007).

A salinização dos solos pode ser considerada um processo comum nas zonas áridas e semiáridas (BABU; DEVARAJ, 2008) devido ao baixo índice pluviométrico, a alta evapotranspiração, as altas temperaturas, a baixa qualidade da água usada na irrigação e as práticas inadequadas de manejo do solo (AZEVEDO NETO et al., 2012). A salinidade afeta o desenvolvimento das plantas de três maneiras principais: (1) estresse osmótico, diminuindo a disponibilidade de água; (2) estresse iônico, interrompendo a homeostase iônica celular; e (3) estresse oxidativo, decorrente da produção excessiva de espécies reativas de oxigênio (MUNNS; TESTER, 2008; HUERTAS et al., 2012; TARI et al., 2013).

39 As respostas das plantas ao estresse salino podem variar dependendo da espécie e, nesse contexto, as plantas podem ser classificadas como halófitas (tolerantes à salinidade) e glicófitas (sensíveis à salinidade). A variação no comportamento é muito ampla, desde glicófitas altamente sensíveis que não crescem em concentrações muito baixas de sais até halófitas, mais resistentes,que sobrevivem em áreas salinas próximas ao oceano (ACOSTA-MOTOSet al., 2017). 2.2.2 Mecanismos de tolerância ao estresse salino

Os mecanismos de tolerância frente à salinidade diferem de acordo com a espécie, estádio de crescimento e desenvolvimento, além de dependerem do tempo de exposição e severidade do estresse. O excesso de sais pode ter impactos negativos em muitos processos, tais como, diminuição do crescimento celular, área foliar eprodução de biomassa (ACEVEDO et al., 2002).

De modo geral, a resistência das plantas à salinidade é resultado da ação coordenada de múltiplas vias metabólicas, algumas das quais incluem: (i) exclusão do Na+_{para o apoplasto celular; (ii) compartimentação de Na}+ _{no vacúolo; (iii)}

controle da absorção de íons pelas raízes e do transporte para as folhas; (iv) síntese de solutos compatíveis; (v) alteração na estrutura das membranas; (vi) indução do sistema antioxidante enzimático e não enzimático; (vii) indução de hormônios vegetais; (viii) controle da expressão gênica; (ix) indução de fatores de transcrição (FTs); e de diferentes vias de sinalização (MA et al., 2006; TARI et al., 2013).

2.2.2.1 Homeostase osmótica e iônica

Sob condições normais, a absorção de água pelas raízes (pelo processo de osmose) envolve o movimento da água de ambientes com baixa concentração de sais para locais de alta concentração. No entanto, quando a concentração de sais no solo é alta, o movimento da água do solo para a raiz é prejudicado, podendo haver até fluxo na direção contrário, isto é, da planta para o solo. Essa é a maneira mais simples pela qual a salinidade afeta o crescimento das plantas, afetando o status hídrico dos vegetais (MUNNS, 2002; FAO, 2005).

De acordo com este modelo, a primeira fase, isto é, a fase osmótica, começa imediatamente após a concentração do sal em torno das raízes aumentar para um nível limiar (ZHU, 2001; PARIDA; DAS, 2005; MUNNS; TESTER, 2008). Na fase

40 osmótica, vários processos fisiológicos e bioquímicos, como a fotossíntese, a condutância estomática, o equilíbrio redox e a sinalização celular, são inicialmente afetados e, portanto, ocorre inibição docrescimento e danos aos tecidos. Posteriormente, o crescimento da planta diminui. A segunda fase, isto é, o estresse iônico, afeta o crescimento em estágios posteriores. Nessa fase, as plantas respondem à salinidade quando os íons salinos, notadamente Na+, se acumulam em concentrações tóxicas nos tecidos (ZHU, 2003; MUNNS; TESTER, 2008).

Com o intuito de contornar os problemas osmóticos, as plantas podem ativar vias de defesa que resultam no acúmulo de solutos compatíveis, tais como:açúcares (glicose, frutose, sacarose, trealose e rafinose); álcoois polihídroxilicos (sorbitol, manitol, glicerol, arabinitol, pinitol e inositóis metilados); proteínas (peptídeos de baixa massa molecular), aminoácidos e seus derivados (glutamato, aspartato, glicina, prolina, prolina betaína, glicina betaína e β-alanina betaína); ácidos orgânicos (oxaloacetato e malato); aminas terciárias (1,4,5,6-tetra-hidro-2-metil-4- carboxil-piridamina) e poliaminas (putrescina, cadaverina, espermidina, espermina) (ZENG et al., 2015; PRISCO et al., 2016).

Ao mesmo tempo, para evitar o acúmulo de altas concentrações de Na+, as plantas podem ativar rotas de defesa que auxiliam na manutenção da homeostase iônica (ACOSTA-MOTOS et al., 2017). O controle do acúmulo de Na+ em níveis tóxicos pode ser alcançado pela ativação de transportadores Na+/H+ SOS1 (através da rota SOS,do inglêsSalt Overly Sensitive) e NHX (do inglês Na+/H+ exchanger), os quais estão envolvidos na exclusão de Na+ para o apoplasto e na compartimentação desse íon nos vacúolos, respectivamente (JIANG et al., 2010; JI et al., 2013). Várias linhas de evidência sugerem que SOS2 regula a atividade das proteínas NHX. Ensaios de transporte de íons em Arabidopsis utilizando vesículas de tonoplasto mostraram que a atividade da proteína AtNHX é reduzida em mutantes sos2, demonstrando que a atividade da NHX é alvo de regulação da via SOS (QIU et al., 2004).

Além disso, membros da família de HKTs (transportadores de alta afinidade do potássio) estão envolvidos na recirculação do Na+_{pelo floema, impedindo o}

acúmulo excessivo de Na+ nos tecidos aéreos das plantas (RUS et al., 2004). A atividade das proteínas SOS1, NHX e HKT é acoplada a diferenças no gradiente

41 eletroquímico da membrana plasmática e do vacúolo, as quais são geradas por H+- ATPases tipo P (P-ATPase), H+-ATPases tipo V (V-ATPase) e H+-pirofosfatases (PPase) (PRISCO et al., 2016).

2.2.2.2 Sistema antioxidante

Espécies reativas de oxigênio (EROs), tais como o radical superóxido (O2-), o

peróxido de hidrogênio (H2O2),o radical hidroxil (•HO) e o oxigênio singleto (1O2),são

produzidas durante o estresse salino, interrompendo a homeostase redox. As EROs em excesso podem ocasionar danos às membranas celulares, degradação de proteínas, quebra da dupla fita do DNA e, consequentemente, resultar na morte celular (DJANAGUIRAMAN; PRASAD, 2013).Para neutralizar os efeitos deletérios das EROs, as plantas desenvolveram um sistema complexo de defesa antioxidante, que inclui antioxidantes enzimáticos [dismutase do superóxido (SOD), catalase (CAT), peroxidase de guaiacol (GPOD), peroxidase do ascorbato (APX), monodeshidroascorbato redutase (MDHAR), desidroascorbato redutase (DHAR) e glutationa redutase (GR)] e não-enzimáticos (tais como flavonoides, antocianinas, carotenoides, glutationa, fenilpropanóides e ácido ascórbico) (MILLER et al., 2010; HU et al., 2017).

Em estudos anteriores com plantas de sorgo (genótipos CSF20 e CSF18), Costa e colaboradores (2005) demostraram que asenzimas SOD e CAT apresentaram atividade aumentada sob salinidade, sendo os maiores incrementos no genótipo tolerante (CSF20).

2.2.2.3 Vias de sinalização e fatores de transcrição

Nas plantas, inúmeras vias sinalização podem atuar em resposta ao estresse salino, independentemente ou cooperativamente,as quais podem envolver fosfolipídeos, cálcio, EROs, hormônios, dentre outros (PARK et al.; 2016). Enzimas como as fosfolipases C, D e A2 (PLC, PLD e PLA2) e diacilglicerol pirofosfatase (DGPP) são diferencialmente ativadas mediente estresses (MEIJER; MUNNIK, 2003). O cálcio citosólico também desempenha um papel fundamental na transdução de sinais e participa de múltiplas respostas a estresses abióticos como frio, seca e salinidade (HUDA, 2013); incluindo a rota SOS.

42 Apesar do papel deletério que tem sido atribuído a grande parte das EROs, tais moléculas, em baixas concentrações, podem atuar como sinalizadores molecularese desencadear diversas respostas nos vegetais, como é o caso do H2O2

(MITTLER, 2002; MITTLER, 2017). Exemplos disso foram reportados em Arabidopsis, onde o fator de transcrição WRKY15, responsivo a EROs, modulou as respostas de tolerância ao estresse osmótico/salino (VANDERAUWERA et al., 2012). Em Spartina alterniflora, Karan e Subudhi (2012) demonstraram que o gene SUMOpode mediar à tolerância ao estresse salino/seca através de interação com EROs e/ou via de sinalização dependente de ABA.

Outra importante via de sinalização nas plantasdurante as respostas aos estresses abióticosé a via da MAPK (proteína quinase ativada por mitógenos - MAPK) (ŠAMAJOVÁ et al., 2013;COLCOMBET; HIRT, 2008). A cascata de sinalização da MAPK consiste de fosforilações sequenciais através das proteínas MAPKKK/MAP3K ou MEKK, MAPKK/MAP2K ou MKK e MAPK ou MPK; as quais fosforilamproteínas alvo e modulam vários processos fisiológicos (KESHET; SEGER, 2010). O envolvimento de MAPKs nas respostas de adaptação à salinidade foi relatado emArabidopsise alfafa (KIEGERL et al., 2000; YU et al., 2010).

Os hormônios vegetais são importantes reguladores das respostas aos estresses abióticos, dentre os quais se destacam o ácido abscísico (ABA), o etileno e o ácido salicílico. Assim, a ação conjunta destes com outros reguladores de crescimento, como giberelinas, citoquininas, auxinas, jasmonatos e brassinosteróides, contribuem grandemente nos processos moleculares relacionados a respostas aos estresses (KUMAR, 2013). Diversos estudos têm atribuído ao ABA o papel de principal hormônio na indução da expressão de genes de respostas à seca, salinidade e frio. A sinalização dependente de ABA geralmente ocorre da seguinte maneira: inicialmente o ABA se liga a proteínas receptoras PYR/PYL/RCAR, as quais se ligam a proteínas PP2Cs, inibindo-as. A inibição das PP2Cs leva a ativação das SnRK2, o que permite a ligação dos elementos trans AREB e ABF (VISHWAKARMA et al., 2017) e culminam no controle da expressão de genes específicos. ABI2 (do inglêsabscisic acid-insensitive2), um componente da via de sinalização do ABA, mostrou-se capaz de interagir com componentes da via SOS (OHTAet al., 2003).

43 Em Arabidopsis thaliana, cerca de 10 % do genoma consiste em genes regulados por ABA, dos quais metade são genes induzidos e os demais reprimidos. Os genes induzidos por ABA codificam proteínas que conferem tolerância ao estresse salino, como dehidrinas, enzimas desintoxicantes de EROs, proteínas reguladoras (fatores de transcrição, proteínas quinases, fosfatases) e enzimas ativadas por fosfolípideos(CUTLER et al., 2010). Convém salientar que a regulação de genes mediada por ABA envolve também a participação de diversos fatores de transcrição, tais como ABF2/AREB1, ABF3, ABF4/AREB2, ABRE BINDING PROTEIN 9 (ABP9), MYC/MYB, WRKY e APETALA2/ETHYLENE RESPONSE FACTOR (AP2/ERF) (LINDEMOSE et al., 2013).

As vias de sinalização ativadas ou reprimidas em virtude dos estresses ambientais são acompanhadas por mudanças nos perfis de expressão de genes (REHMAN; MAHMOOD, 2015). Em Arabidopsis, cerca de 6 % do genoma codifica para mais de 1500 fatores de transcrição (FTs) (WANG, 2003). Os FTs envolvidos nas respostas de tolerância aos estresses abióticos, incluindo o estresse salino, podem ser classificados em várias famílias, incluindo MYBs (JIN; MARTIN, 1999), bHLHs (do inglês “basic helix-loop-helix”) (MASSARI; MURRE, 2000), DREBs (elemento responsivo a desidratação) (AGARWAL et al., 2006), ERFs (fator de ligação responsivo a etileno) (REHMAN; MAHMOOD, 2015), bZIPs (do inglês “basic region/leucine zipper motif”) (CORRÊA et al., 2008), NAC (SONG et al., 2011), ZAT (do inglês “Zinc finger protein”) (HU et al., 2017) e WRKYs (ZHANG; WANG, 2005). Esses FTs representam as principais famílias de genes que controlam as respostas a estresses (KAVAS et al., 2016).