Planta Daninha (Jan 2009)
Sistemas primários de transporte de prótons integram os mecanismos de desintoxicação do mesotrione em plantas de milho Proton transport primary systems used as mechanisms of mesotrione detoxification in corn plants
Abstract
O mesotrione é um dos mais efetivos herbicidas desenvolvidos para o controle de uma ampla gama de plantas daninhas que infestam campos de milho (Zea mays). Todavia, as bases bioquímicas e moleculares da tolerância das plantas de milho a esse herbicida ainda não foram estabelecidas. Para compreender os mecanismos de desintoxicação do mesotrione em plantas de milho, foram analisadas as atividades dos principais sistemas primários de transporte de prótons (íons H+) das membranas plasmática e vacuolar (H+-ATPases do tipo P e V e H+-PPases) de células de diferentes tecidos de plantas tratadas após aplicação do herbicida em pós-emergência. Para isso, foram realizados procedimentos de fracionamento celular, de tecidos radiculares, foliares e do caule, por centrifugação diferencial e purificação de vesículas membranares em gradiente de densidade de sacarose. Os ensaios enzimáticos das atividades hidrolíticas das três bombas de H+ foram realizados aplicando-se um método colorimétrico para medir o fosfato liberado das hidrólises dos substratos: adenosina-5'-trifosfato (ATP) e pirofosfato (PPi). Parâmetros fotossintéticos foram analisados como marcadores fisiológicos dos diferentes estádios da desintoxicação das plantas. Essa análise demonstrou que o tratamento com mesotrione promoveu uma redução na taxa fotossintética e na relação Fv/Fm no terceiro dia após aplicação (DAA), mas não afetou significativamente a fotossíntese a partir do quinto DAA. Nos três tecidos analisados, raiz, folha e caule, aos 3 DAA, foi observado forte estímulo da atividade da H+-PPase vacuolar, a qual variou de cerca de 100 a 600%. Essa forte ativação foi reduzida significativamente aos 7 DAA, mas permaneceu pelo menos duas vezes maior com relação ao controle. Por sua vez, as H+-ATPases das membranas plasmática e vacuolar foram bem menos moduladas pelo tratamento com o herbicida, apresentando estimulações e inibições que não variaram mais do que 20 a 60% das atividades obtidas em vesículas de membranas oriundas de plantas não tratadas (controle). Os resultados demonstraram que o mesotrione promove uma ativação diferencial dos principais sistemas primários de transporte de H+, indicando que essas bombas iônicas são enzimas transportadoras essenciais aos mecanismos relacionados com o processo de desintoxicação das plantas de milho, possivelmente ao energizar a compartimentalização das moléculas do herbicida mesotrione no vacúolo ou a exceção celular através das membranas plasmáticas.The herbicide Mesotrione herbicides are very effective in the control of a wide range of weeds that infest corn (Zea mays) fields. However, the biochemical and molecular bases of corn seedling tolerance to this herbicide have not been established so far. To understand the mechanisms of mesotrione detoxification in corn plants, the activities of the main primary proton (H+ ion) transport systems of the vacuolar and plasma membranes (H+-ATPases V- and P-types, and H+-PPase) of the cells from different tissues were analyzed, after post-emergence herbicide application. Thus, cell fractionation procedures on root, leaf and mesocotyl tissues were performed using differential membrane vesicle centrifugation and purification in sucrose density gradient. Hydrolytic activities of the proton pumps were measured by using a colorimetric method for phosphate released through enzymatic hydrolysis of the substrates adenosine-5'-triphosphate (ATP) and pyrophosphate (PPi). Photosynthetic parameters were analyzed as physiological markers of the different stages of plant detoxification. Such analysis demonstrated that, three days after herbicide application (DAA), mesotrione induced a reduction in the photosynthetic rate and Fv/Fm ratio, but no significant effect could be found after the fifth DAA. These data suggest that the treatment with mesotrione promoted a spatial and temporal regulation of the H+ pump activities. In all the root, leaf and mesocotyl tisues analyzed, at three DAA, a strong stimulation of the vacuolar H+-PPase activity was observed, varying from 100% to 600%. This activation was significantly reduced at the seventh DAA, but remained at least twice higher than the controls. On the other hand, the vacuolar and plasma membranes H+-ATPases were much less modulated by the herbicide treatment, exhibiting stimulations and inhibitions which did not change by more than 20 to 60% in relation to the activities found in membrane vesicles derived from untreated plants (controls). The results demonstrate that mesotrione can promote a differential activation of the main primary proton transport systems, suggesting that these ion-pumps are transporting enzymes essential for the detoxification-related processes in corn plants, likely by energizing compartmentalization of the herbicide molecules into the vacuoles or cellular excretion through the plasma membrane.
Keywords
