Prospecção e regulação fotobiológica em macroalgas

Abstract

As algas são importantes ecologicamente e economicamente, pois desempenham papéis importantes nos diferentes ecossistemas e podem ser fontes potenciais de recursos naturais. Por serem em sua maioria fotossintetizantes, a luz, ou radiação visível, assim como a radiação ultravioleta (UV) são fatores importantes para esses organismos, pois induzem diferentes respostas fisiológicas e bioquímicas. Essas respostas ocorrem graças aos pigmentos fotossintetizantes, responsáveis pela captação da luz, e aos fotorreceptores, proteínas sensíveis à luz e capazes de perceberem a qualidade e quantidade de radiações no ambiente, desencadeando cascatas de reações biológicas. A aclimatação às condições de luz do ambiente leva a mudanças fisiológicas que podem resultar na maior ou menor produção de alguns compostos que captam luz sob baixa luminosidade ou fotoprotegem sob luz excessiva. Algas que ocorrem em regiões entremarés estão mais expostas à luz do que aquelas presentes em maiores profundidades. Assim, buscou-se identificar nessas regiões espécies que naturalmente produzem maior quantidade de compostos de fotoproteção. Além disso, experimentos em laboratório foram conduzidos com duas macroalgas vermelhas (Gracilaria cornea e Osmundea pinnatifida) para testar os efeitos da qualidade e da fluência de diferentes radiações UV-visível sobre a fotossíntese, a calcificação e a produção de compostos, especialmente os fotoprotetores, tais como: carotenoides, MAAs e fenólicos. A existência e atuação de possíveis fotorreceptores foi também investigada. Duas espécies de macroalgas foram identificadas como as melhores fontes potenciais de substâncias de fotoproteção Sargassum vulgare e Porphyra umbilicalis. Nos experimentos realizados, observou-se que a radiação UV induz respostas em G. cornea e O. pinnatifida. Essas respostas podem estar relacionadas com a presença de fotorreceptores sensíveis à luz azul e às radiações UV-A e UV-B. A radiação UV-A parece promover efeitos positivos sobre o crescimento e a produção de compostos alguns compostos (zeaxantina e palitina), enquanto a radiação UV-B promove a produção de alguns compostos (anteraxantina, zeaxantina, luteína e violaxantina) às custas do crescimento. A fotossíntese e a calcificação da alga coralina vermelha Lithophyllum hibernicum variaram em relação às diferentes intensidades de luz. A fotossíntese consumiu o CO2, aumentado o pH e a saturação da calcita e da aragonita, o que favoreceu a calcificação. Taxas positivas e negativas de calcificação foram observadas no escuro. Calcificou no escuro, os espécimes de algas coletados dentro de bancos de gramas marinhas. Além disso, L. hibernicum apresentou faces diferentemente pigmentadas. A face adaxial (exposta à luz) das algas coletadas fora dos bancos de gramas marinhas apresentou maior quantidade de substâncias fotoprotetoras e clorofila a, enquanto a face abaxial (adjacente ao sedimento) das algas coletadas dentro dos bancos de gramas marinhas apresentou maior quantidade de ficobiliproteínas, especialmente ficoeritrina. Finalmente, foi possível verificar que as macroalgas podem ser importantes fontes de compostos para fins cosmecêuticos, como verificado na bioprospecção que identificou espécies relevantes (S. vulgare e P. umbilicalis). Além disso, as macroalgas podem ter suas respostas fisiológicas e bioquímicas reguladas como foi visto para O. pinnatifida e G. cornea, especialmente em relação a radiação UV e luz azul. É importante destacar ainda que a fisiologia das algas precisa ser mais bem compreendida como foi observado para a alga coralina L. hibernicum. De forma geral, esta tese contribui com o entendimento sobre compostos produzidos pelas macroalgas, regulação dos mesmos e aspectos ecofisiológicos da alga coralina L. hibernicum.

Abstract: Algae are important ecologically and economically, as they play important roles in different ecosystems and can be potential sources of natural resources. As they are mostly photosynthesizing, the light, or visible radiation, as well as ultraviolet (UV) radiation are important factors for these organisms because they induce different physiological and biochemical responses. These responses occur due to photosynthetic pigments, responsible for capturing light, and photoreceptors, light-sensitive proteins capable of perceiving the quality and quantity of radiation in the environment, triggering cascades of biological reactions. Acclimatization to ambient light conditions leads to physiological changes that can result in greater or lesser production of some compounds that capture light under low light or photoprotect under excessive light. Algae that occur in intertidal regions are more exposed to light than those present at greater depths. Thus, we sought to identify species in these regions that naturally produce a greater amount of photoprotection compounds. Furthermore, laboratory experiments were performed with two species of red macroalgae (Gracilaria cornea e Osmundea pinnatifida) to test the effects of quality and fluence of different UV-visible radiations on photosynthesis, calcification and production of compounds, especially photoprotectors, such as: carotenoids, MAAs and phenolics. The existence and performance of possible photoreceptors were also investigated. Two macroalgal species were identified as potential sources of photoprotective substances: Sargassum vulgare and Porphyra umbilicalis. In the experiments carried out, we observed that UV radiation induces responses in G. cornea and O. pinnatifida. These responses may be related to the presence of photoreceptors sensitive to blue light and UV-A and UV-B radiation. UV-A radiation seems to promote positive effects on the growth and production of some compounds (zeaxanthin and palythine), while UV-B radiation promotes the production of certain compounds (violaxanthin, antheraxanthin, zeaxanthin and lutein) at the expense of growth. Photosynthesis and calcification of the red coralline alga Lithophyllum hibernicum varied according to different light intensities. Photosynthesis consumed CO2, increasing the pH and saturation of calcite and aragonite, which favored calcification. Positive and negative calcification rates were observed in the dark. Calcified in the dark, algae specimens collected from seagrass meadows. In addition, L. hibernicum had different pigmented faces. The adaxial face (exposed to light) of the algae collected outside the seagrass meadows showed a higher amount of photoprotective substances and chlorophyll a, while the abaxial face (adjacent to the sediment) of the algae collected inside the seagrass meadows showed a higher amount of phycobiliproteins, especially phycoerythrin. Finally, it was possible to verify that macroalgae can be important sources of compounds for cosmeceutical purposes, as verified in the bioprospecting that identified relevant species (S. vulgare and P. umbilicalis). Furthermore, macroalgae can have their physiological and biochemical responses regulated as seen for O. pinnatifida and G. cornea, especially in relation to UV radiation and blue light. And lastly, we found that the physiology of algae needs to be better understood as observed for the coralline alga L. hibernicum. In general, this thesis contributes to the understanding of compounds produced by macroalgae, their regulation and ecophysiological aspects of the coralline alga L. hibernicum.