Análise dos mecanismos reguladores dos processos de polarização e germinação de esporos e, desenvolvimento de gametófitos jovens de Gelidium floridanum sob efeito da radiação ultravioleta e do metal pesado cádmio

Abstract

Gelidium floridanum W.R. Taylor é uma alga vermelha de grande importância comercial por ser fonte de ágar com melhor qualidade. Este estudo teve como objetivo ampliar os conhecimentos sobre a germinação de tetrásporos e os efeitos da radiação ultravioleta e do metal pesado cádmio (Cd) nos gametófitos jovens de G. floridanum. Para a análise dos mecanismos reguladores da polarização e germinação, os tetrásporos foram cultivados com brefeldina A (BFA), colchicina e citocalasina, sendo analisados por microscopia de luz (ML), fluorescência e eletrônica de trasmissão (MET). Com a utilização da BFA, a germinação dos esporos não ocorreu, a BFA levou a uma desmontagem das cisternas do Golgi com formação de regiões vesiculares no citoplasma, bloqueando a secreção do Golgi para a formação do tubo germinativo e deposição da parede celular. O tubo germinativo, nas amostras controle, é formado pela incorporação de vesículas derivadas do Golgi, a secreção das vesículas e organização dos corpos de Golgi são processos básicos e essenciais na adesão e formação do tubo. A BFA bloqueou a secreção de proteínas e de polissacarídeos amorfos da matriz, impedindo a germinação dos tetrásporos. Com os inibidores do citoesqueleto, citocalasina e colchicina, a germinação de tetrásporos de G. floridanum também foi afetada. Estes agentes causaram diminuição das taxas de germinação além da malformação dos tubos germinativos e no caso da citocalasina alteração no formato dos cloroplastos. Pode-se sugerir que tanto os microtúbulos quanto os filamentos de actina são reguladores dos processos de polarização e germinação de tetrásporos de G. floridanum. Para os efeitos da radiação ultravioleta, gametófitos jovens de G. floridanum foram cultivados em laboratório e expostos a radiação fotossinteticamente ativa (PAR) de 80µmol fótons m-2 s-1 e PAR+UVA+UVB durante 3 h por dia, por um período de 3 dias. As amostras foram processadas para ML e MET para análise ultraestrutural, bem como análise das taxas de crescimento, teor de pigmentos fotossintéticos, identificação dos carotenóides e avaliação do desempenho fotossintético. PAR + UVA + UVB promoveu aumento da espessura da parede celular, acúmulo de grãos de amido das florídeas no citoplasma e rompimento da organização interna do cloroplasto. As amostras expostas a PAR + UVA + UVB mostraram uma redução na taxa de crescimento de 97%, aumento dos carotenóides, diminuição dos pigmentos fotossintetizantes, em particular, a ficoeritrina e aviiialoficocianina, e consequente diminuição do desempenho fotossintético observados pela redução da taxa de tranporte de elétrons (ETR) e ETRmax. Para os efeitos do Cd, gametófitos jovens foram cultivados durante 7 dias com concentrações de 7,5 e 15 µM do Cd. Após o período experimental, foram realizadas análises de ML, confocal e eletrônica de varredura (MEV), taxas de crescimento, quantificação dos pigmentos fotossintetizantes, carotenóides e a fluorescência da clorofila a. As amostras tratadas apresentaram diminuição das taxas de crescimento, com despigmentação dos talos, redução dos pigmentos fotossintetizantes, resultando num descréscimo da taxa de transporte de elétrons e da autofluorescência dos cloroplastos. Além disso, o Cd aumentou a quantidade de grãos de amido das florídeas e afetou a distribuição do conteúdo proteico no citoplasma. O metal cádmio é altamente tóxico, causando fotoinibição crônica para a espécie. Pode-se concluir que tanto os corpos de Golgi como o citoesqueleto, filamentos de actina e microtúbulos, estão envolvidos nos processos de polarização e formação do tubo germinativo durante a germinaçãos de tetrásporos e, que gametófitos jovens de G. floridanum quando expostos tanto a radiação quanto ao Cd apresentam alterações no metabolismo e na estrutura celular que afetam seu desenvolvimento.<br>

Abstract : Gelidium floridanum W. R. Taylor is a red alga of great commercial importance as a source of high-quality agar. This study aimed to examine the germination of tetraspores and the effects of ultraviolet radiation (UVR) and heavy metal cadmium (Cd) on young gametophytes of G. floridanum. To analyze the regulatory mechanisms of polarization and germination, the tetraspores were cultured with brefeldin A (BFA), colchicine and cytochalasin, followed by analysis under light (LM), fluorescence and transmission electron microscopy (TEM). The use of BFA blocked the secretion of protein and amorphous matrix polysaccharides. It also blocked secretion from Golgi bodies, affecting germ-tube formation, as well as, cell wall deposition, and leading to the disassembly of the Golgi cisternae with regions of vesicular formation in the cytoplasm. These events effectively prevented tetraspore germination. Tetraspore germination was also affected by the use of cytochalasin and colchicine, which are inhibitors of cytoskeleton. These agents caused a decrease in germination rates and, in high concentrations, complete inhibition of germination. In addition, the germ tube becames malformed and, in the case of cytochalasin, the shape of chloroplasts was altered. It can be suggested that both microtubule and actin are regulators of polarization and germination in tetraspores of G. floridanum. Next, to assess the effects of UVR, young gametophytes were cultivated under laboratory conditions and exposed to photosynthetically active radiation (PAR) at 80 µmol photons m-2 s-1 and PAR+UVA +UVB for 3 h per day, during three days. The samples were processed for LM and MET to carry out analyses of ultrastructure, growth rates, and content of photosynthetic pigments, as well as, identify carotenoids and evaluate photosynthetic performance. PAR + UVA + UVB caused an increase in cell wall thickness, accumulation of floridean starch grains and changes in the internal organization of the chloroplast. Samples exposed to PAR + UVA + UVB showed a reduction in growth rate of 97%, increased of carotenoids, decreased photosynthetic pigments, in particular, phycoerythrin and allophycocyanin, and a resulting reduction in photosynthetic performance, as observed by the reduction of transport electron (ETR) and ETRmax. Finally, to test the effects of the Cd, young gametophytes of G floridanum were cultured for 7 days with concentrations of 7.5 and 15µM Cd. After the experimental period, LM, confocal and scanning electron microscopy (SEM) were employed toxanalyze growth rates and quantify the content of photosynthetic pigments, carotenoids and chlorophyll a. The treated samples showed a decrease in growth rates, with depigmentation of the thallus and reduction of photosynthetic pigments, resulting in a decrease in the rate of electron transport and autofluorescence of chloroplasts. Furthermore, exposure to Cd proved to be highly toxic, causing chronic photoinhibition, increasing the amount of starch grains, and altering the distribution of protein content in the cytoplasm. It can be concluded that both the Golgi bodies such as the cytoskeletal actin and microtubules are involved in the processes of polarization and germ tube formation during germination tetraspores and that youngs gametophytes of G. floridanum when exposed to both radiation as to the Cd present alterations in metabolism and cellular structure that affect its development.