Retenção de clorofila em sementes de soja (Glycine max (L.) Merr.): estudos fisiológicos, bioquímicos e moleculares

Abstract

Brazil is the second largest soybean producer in the world and most of its production is located in the tropical area of the country which is prone to drought and high temperature. Under such stressful conditions it is common to observe the retention of chlorophyll at the end of seed maturation. Very little is known about the role of chlorophyll in developing seeds, but its presence in oilseeds enhances oxidation of the extracted oil, resulting in reduced shelf life, unappealing appearance and a lower price for the producer. Also seed quality for propagation is severely affected by chlorophyll retention. Besides environmental conditions, there are also genetic components controlling the sensitivity of different cultivars to retain chlorophyll. A detailed characterization of green seed production by two different cultivars under stressed conditions and its effect on seed lot quality was carried out. In an attempt to determine the molecular basis of chlorophyll degradation and, consequently, its retention, a transcriptome analysis was performed using stressed (green) and non-stressed (yellow) soybean seeds at three stages of maturation: R6, R7 and R8. Multiple ontologies were enriched in soybean seeds produced under stress. Among the top-ranking was the photosynthetic process, particularly the photosystem (PS) II category. The expression analysis suggests higher levels of the proteins D1 (psbA), D2 (psbD), A1 (psaA) and A2 (psaB) core subunits of PSII and PSI, in stressed/green seeds. Special attention was also given to chlorophyll catabolic enzymes and to stay-green genes, among which, disturbances in expression of PPH2, D1 and D2 caused by environmental stresses appears to be the major cause for chlorophyll retention in soybean seeds.

O Brasil é o segundo maior produtor de soja do mundo e maior parte da produção se encontra nas áreas tropicais do país, mais propensas à ocorrência de seca e de altas temperaturas. Sob tais condições estressantes é comum a ocorrência de retenção de clorofila nas sementes ao final da maturação. Muito pouco se sabe a respeito do papel da clorofila em sementes em desenvolvimento, mas a presença de tal pigmento em sementes oleaginosas aumenta a oxidação do óleo extraído, resultando em redução na vida de prateleira, aparência desagradável e consequentemente preços mais baixos pagos ao produtor. A qualidade fisiológica das sementes também é severamente afetada. Além das condições ambientais, fatores genéticos também controlam a susceptibilidade à retenção de clorofila. Caracterização detalhada da produção de sementes verdes por duas cultivares conduzidas sob condições de estresse e os efeitos sobre a qualidade fisiológica das sementes foi realizada. Na tentativa de determinar os mecanismos moleculares da degradação de clorofila em sementes e consequentemente sua retenção, uma análise de transcriptoma foi conduzida utilizando-se sementes estressadas (verdes) e não estressadas (amarelas) de soja em três estádios de maturação; R6, R7 and R8. Múltiplas ontologias foram significativamente afetadas pelo estresse. Entre as mais alteradas estão os processos fotossintéticos, particularmente a categoria fotossistema II. A análise de expressão gênica sugere aumento na expressão das proteínas D1 (psbA), D2 (psbD), A1 (psaA) e A2 (psaB), subunidades principais dos fotossistemas II e I, em sementes estressadas/verdes. Atenção especial também foi dada a enzimas do catabolismo de clorofila e a genes stay-green, dentre os quais, distúrbios na expressão de PPH2, D1 e D2 podem ser a principal causa da retenção de clorofila em sementes de soja