Avaliação comparativa da capacidade de resposta metabólica, iônica e molecular de quatro halófitas facultativas à salinização do habitat, no sudoeste da província de Jeddah, Arábia Saudita

Alsubhi, S. A.; Aljeddani, G. S.; Fallatah, T. A.

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Brazilian Journal of Biology

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Original Article • Braz. J. Biol. 83 • 2023 • https://doi.org/10.1590/1519-6984.277342 copiar

Avaliação comparativa da capacidade de resposta metabólica, iônica e molecular de quatro halófitas facultativas à salinização do habitat, no sudoeste da província de Jeddah, Arábia Saudita

Autoria SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

Resumo

Este estudo explora a influência da salinidade em algumas vias fisiológicas e bioquímicas de quatro halófitas facultativas (Abutilon pannosum, Indigofera oblongifolia, Senna italica e Tetraena coccinea) ao longo da costa sudoeste da província de Jeddah. Através de uma análise comparativa dessas plantas em ambientes salinos e não salinos, o estudo investigou os níveis de clorofila, as concentrações de íons nas plantas, a correlação com o gene SOS1 e o impacto da salinidade nos compostos metabólicos. O objetivo geral consistiu em obter informações sobre os mecanismos adaptativos destas plantas específicas ao stress salino, fornecendo informações valiosas para enfrentar os desafios agrícolas globais associados à salinidade. Ao longo do estudo, as respostas metabólicas, iônicas e moleculares dessas plantas foram examinadas em ambos os ambientes. Os resultados revelaram níveis elevados de Na⁺, K⁺, Ca²⁺ e Mg²⁺ em habitats salinos, exceto Na⁺ em I. oblongifolia. Apesar do aumento das concentrações de Clorofila B (Chl), foram observadas variações em Chl a e carotenóides em plantas expostas ao sal. Os padrões osmorregulatórios em A. pannosum e I. oblongifolia exibiram alterações reversíveis, incluindo níveis elevados de proteína e prolina em A. pannosum e níveis diminuídos em I. oblongifolia, acompanhados por alterações em aminoácidos e carboidratos solúveis. Senna italica apresentou níveis mais elevados de osmólitos, excluindo prolina, em comparação com ambientes salinizados, enquanto T. coccinea exibiu níveis mais baixos de aminoácidos. O acúmulo de Na⁺ emergiu como o principal mecanismo para a homeostase iônica nessas plantas, com diminuições não significativas observadas em K⁺, Mg²⁺ e Ca²⁺. Notavelmente, uma superexpressão do gene SOS1 (antiportador Na⁺/H⁺ da membrana plasmática) foi observada como resposta à manutenção do equilíbrio iônico. Compreender estas halófitas será fundamental para enfrentar os desafios da salinidade e aumentar a tolerância das culturas à salinidade.

Palavras-chave:
halófitas; osmomoduladores; homeostase metabólica; balanço iônico; expressão do gene SOS1

Plant species	Family	Life form	Research coordinates
Plant species	Family	Life form	Non-saline location	Saline location
Abutilon pannosum (G. Forst.) Schltdl.	Malvaceae	Perennial shrub	(21.3079861, 39.1041308)	(21.3635629, 39.263091)
Indigofera oblongifolia Forssk.	Fabaceae	Perennial shrub	(21.3283425, 39.1086010)	(21.2233105, 39.1847697)
Senna italica Mill.	Fabaceae	Perennial shrub	(21.3237930, 39.1065404)	(21.3634036, 39.2631951)
Tetraena coccinea (L.) Beier and Thulin	Zygophyllaceae	Perennial shrub	(21.3078468, 39.1041582)	(21.0073970, 39.3075750)

Primer	Sequence (5'-3')
SOS1(NHX7)	Forward	TGATGAATGATGGGACGGCG
SOS1(NHX7)	Reverse	TCAGAGTTTTGCCCCATAGCC
β-actin	Forward	TTGCAGGTCGTGACCTAACC
β-actin	Reverse	TGACAATCTCACGCTCAGCA

Soil	Soil particles	*A. pannosum*	*I. oblongifolia*	*S. italica*	*T. coccinea*	F test
S	Sand (%)	94.0^a ± 0.58	92.33^a ± 0.33	89.0^b ± 0.58	89.33^b ± 0.33	26.167^* * Significant at 0.05 level, ns = non-significant. Different superscripts within the same row donate significant differences at 0.05 level. (<0.001*)
	Slit (%)	2.33^c ± 0.88	4.67^bc ± 0.33	8.0^a ± 0.58	5.33^ab ± 0.67	13.044* (0.002*)
	Clay (%)	3.67^a ± 0.67	3.0^a ± 0.0	3.0^a ± 0.58	4.33^a ± 1.20	0.733^ns (0.561)
	Soil texture	Sandy	Sandy	Loamy sandy	Loamy sandy
NS	Sand (%)	96.0^ab ± 0.58	94.67^ab ± 0.67	94.0^b ± 0.0	97.0^a ± 0.58	6.500* (0.015*)
	Slit (%)	2.0^a ± 0.58	2.0^a ± 0.58	3.0a ± 0.0	1.0^a ± 1.0	1.600^ns (0.264)
	Clay (%)	2.0^b ± 0.0	3.33^a ± 0.33	3.0^ab ± 0.0	2.0^b ± 0.58	4.250* (0.045*)
	Soil texture	Sandy	Sandy	Sandy	Sandy

Soil	Parameters	*A. pannosum*	*I. oblongifolia*	*S. italica*	*T. coccinea*	F test
S	pH	7.17^a ± 0.02	7.06^ab ± 0.04	6.68^c ± 0.05	6.88^b ± 0.06	24.5*
	EC (µS/cm)	8550.0^a ± 1220.8	5703^b ± 48.07	5900^b ± 11.54	8133^b ± 67.41	41.8*
	Chloride (mg/L)	1701.7^a ± 2.73	936.7^d ± 21.85	1413^c ± 14.52	2033.3^b ± 23.3	122754.8*
	TDS (mg/L)	4092.0^a ± 18.93	3717^c ± 13.3	3813^c ± 14.5	5303^b ± 21.9	36642.0*
	Bicarbonate (meq/l)	1.11^ab ± 0.22	1.11^ab ± 0.22	3.11^a ± 0.89	0.88^b ± 0.22	4.6^* * Significant at 0.05 level; nsnon-significant. Different superscripts within the same row donate significant differences at 0.05 level
	Sulfate (mg/L)	38.33^b ± 0.67	77.0^a ± 0.58	4.33^d ± 0.33	13.67^c ± 0.33	4212.7*
	OM (%)	1.68^b ± 0.14	1.35^bc ± 0.12	0.68^c ± 0.23	3.18^a ± 0.20	35.1*
NS	pH	7.11^b ± 0.05	7.47^a ± 0.09	6.95^b ± 0.04	7.18^b ± 0.03	14.3*
	EC (µS/cm)	3337^c ± 136	1815^b ± 4.91	2317^c ± 18.55	3281^a ± 101	803.6*
	Chloride (mg/L)	723.3^c ± 17.6	325.3^b ± 3.71	406.7^d ± 14.52	748.3^a ± 11.29	2919.7*
	TDS (mg/L)	2257^c ± 53.6	1126.7^b ± 24.31	1537^d ± 56.1	2205.3^a ± 5.21	5434.5*
	Bicarbonate (meq/l)	1.11^b ± 0.22	0.88^b ± 0.22	3.55^a ± 0.45	1.11^b ± 0.22	18.3*
	Sulfate (mg/L)	10.0^b ± 0.0	8.0^c ± 0.0	8.0^c ± 0.0	67.0^a ± 0.58	10219.0*
	OM (%)	2.12^a ± 0.37	2.35^a ± 0.59	2.65^a ± 0.20	1.24^a ± 0.27	2.483^ns

Soil	Parameters	*A. pannosum*	*I. oblongifolia*	*S. italica*	*T. coccinea*	F test
S	Na⁺	96.47^a ± 0.36	6.18^d ± 0.69	15.17^c ± 0.07	27.90^b ± 0.79	5486.3^* * Significant at 0.05 level; nsnon-significant. Different superscripts within the same row donate significant differences at 0.05 level.
	K⁺	8.08^a ± 0.03	0.93^d ± 0.03	1.81^c ± 0.01	5.33^b ± 0.10	3548.1*
	Na ⁺ /K ⁺	11.93^a ± 0.01	6.64^c ± 0.74	8.38^b ± 0.01	5.24^c ± 0.16	57.4*
	Ca ²⁺	66.39^a ± 0.11	35.65^b ± 0.11	6.49^d ± 0.22	32.71^c ± 0.06	31891.2*
	Mg ²⁺	10.22^a ± 0.04	1.41^c ± 0.13	1.62^c ± 0.25	2.83^b ± 0.06	825.4*
	Ca ²⁺ /Mg ²⁺	6.50^bc ± 0.02	25.67^a ± 2.24	4.13^c ± 0.46	11.58^b ± 0.27	70.0*
NS	Na⁺	3.29^c ± 0.89	9.05^a ± 1.16	8.73^ab ± 0.07	4.85^bc ± 0.96	10.6*
	K⁺	0.63^a ± 0.02	0.68^a ± 0.05	0.63^a ± 0.03	0.52^a ± 0.05	2.8^ns
	Na ⁺ /K ⁺	5.21^b ± 1.27	13.22^a ± 0.76	13.87^a ± 0.49	9.16^b ± 0.82	20.8*
	Ca ²⁺	2.28^b ± 0.15	3.79^a ± 0.07	2.16^b ± 0.26	1.65^b ± 0.14	30.3*
	Mg ²⁺	0.25^c ± 0.01	1.08^a ± 0.06	0.78^b ± 0.07	0.31^c ± 0.01	69.3*
	Ca ²⁺ /Mg ²⁺	9.22^a ± 0.90	3.52^bc ± 0.14	2.86^c ± 0.56	5.37^b ± 0.30	26.6*

Soil	Parameters	*A. pannosum*	*I. oblongifolia*	*S. italica*	*T. coccinea*	F test
S	Chl a	6.46^b ± 0.17	11.55^a ± 0.86	7.62^b ± 0.33	6.11^b ± 0.49	22.24^* * Significant at 0.05 level; nsnon-significant. Different superscripts within the same row donate significant differences at 0.05 level.
	Chl b	5.43^a ± 0.63	3.81^ab ± 0.39	1.97^bc ± 0.16	1.64^c ± 0.58	13.62*
	Carotenoids	1.42^bc ± 0.19	2.35^a ± 0.10	2.12^ab ± 0.19	1.24^c ± 0.23	8.54*
NS	Chl a	9.87^a ± 0.40	9.70^a ± 0.19	10.09^a ± 0.51	4.28^b ± 0.71	32.76*
	Chl b	2.69^a ± 0.43	2.41^a ± 0.59	1.73^a ± 0.35	0.96^a ± 0.33	3.13^ns
	Carotenoids	1.75^a ± 0.06	2.21^a ± 0.23	2.40^a ± 0.15	0.83^b ± 0.23	15.22*

Soil	Metabolic compounds	*A. pannosum*	*I. oblongifolia*	*S. italica*	*T. coccinea*	F test
S	Proteins	3.953^b ± 0.172	8.267^a ± 0.220	3.343^c ± 0.070	3.953^b ± 0.172	551.7^* * Significant at 0.05 level, ns = non-significant. Different superscripts within the same row donate significant differences at 0.05 level.
	Proline	0.094^c ± 0.012	0.289^b ± 0.010	0.107^c ± 0.005	0.553^a ± 0.006	1826.8*
	Amino acids	0.007^a ± 0.001	0.004^b ± 0.001	0.004^b ± 0.001	0.006^a ± 0.002	5.7*
	Carbohydrates	1.447^a ± 0.315	0.129^b ± 0.015	0.160^b ± 0.050	0.187^b ± 0.051	47.8*
NS	Proteins	4.080^a ± 0.538	3.280^ab ± 0.040	2.910^b ± 0.255	3.350^ab ±0.157	7.5*
	Proline	0.096^b ± 0.006	0.090^b ± 0.003	0.117^b ± 0.006	0.337^a ± 0.055	54.4*
	Amino acids	0.004^b ± 0.001	0.005^b ± 0.001	0.012^a ± 0.001	0.012^a ± 0.002	36.8*
	Carbohydrates	0.045^b ± 0.011	0.104^a ± 0.007	0.079^ab ± 0.020	0.111^a ± 0.015	13.6*

Soil	Parameters	*A. pannosum*	*I. oblongifolia*	*S. italica*	*T. coccinea*	F test
S	Na⁺	7.04^b ± 0.95	3.46^b ± 0.08	2.94^b ± 0.14	22.10^a ± 2.83	36.1*
	K⁺	8.55^a ± 1.22	6.87^a ± 0.17	7.52^a ± 0.44	8.39^a ± 1.29	0.72^ns
	Na⁺/K⁺	0.82^b ± 0.024	0.50^c ± 0.003	0.39^c ± 0.007	2.65^a ± 0.10	398.8*
	Ca²⁺	30.46^c ± 2.69	58.10^b ± 1.38	25.67^c ± 1.88	77.69^a ± 3.81	87.7*
	Mg²⁺	5.64^a ± 1,18	5.64^a ± 0.03	2.14^b ± 0.14	2.84^ab ± 0.42	8.51*
	Ca²⁺/Mg²⁺	5.76^b ± 0.90	10.30^b ± 0.18	11.97^b ± 0.13	28.25^a ± 2.97	39.7*
NS	Na⁺	1.13^b ± 0.05	1.19^b ± 0.08	0.22^b ± 0.01	36.45^a ± 1.58	508.8^* * Significant at 0.05 level, ns = non-significant. Different superscripts within the same row donate significant differences at 0.05 level.
	K⁺	23.12^a ± 1.52	11.07^b ± 0.22	11.08^b ± 0.71	6.73^c ± 0.12	69.1*
	Na⁺/K⁺	0.05^b ± 0.0	0.11^b ± 0.01	0.02^b ± 0.0	5.43^a ± 0.31	291.0*
	Ca²⁺	25.97^c ± 2.08	76.80^b ± 1.61	30.01^c ± 1.84	96.45^a ± 3.72	201.2*
	Mg²⁺	6.41^b ± 0.18	7.33^ab ± 0.09	4.85^c ± 0.34	8.21^a ± 0.12	47.9*
	Ca²⁺/Mg²⁺	4.04^d ± 0.21	10.48^b ± 0.10	6.20^c ± 0.07	11.75^a ± 0.33	307.9*

Soil	*A. pannosum*	*I. oblongifolia*	*S. italica*	*T. coccinea*	F test
S	3.7^b ± 0.5	1.5^c ± 0.6	1.06^d ± 0.1	17.9^a ± 8.2	1.179^* * Significant at 0.05 level. Different superscripts within the same row donate significant differences at 0.05 level.
NS	0.2^bc ± 0.1	0.6^a ± 0.3	0.4^b ± 0.1	0.3^c ± 0.1	1.187*

Variables	Salinized habitats			Non-salinized habitats
Variables	PCA1	PCA2	PCA3	PCA1	PCA2	PCA3
Soil variables
pH	0.23	-0.09	0.29	0.06	0.23	0.44
EC	0.31	-0.04	-0.04	0.26	0.13	0.09
Cl	0.31	-0.02	-0.05	0.27	0.09	0.05
TDS	0.31	-0.03	-0.04	0.27	0.12	0.07
HCO₃^-	-0.13	-0.12	-0.39	-0.13	0.04	-0.47
SO₄^2-	0.03	-0.23	0.37	0.27	-0.04	-0.10
OM	0.04	0.33	0.22	-0.27	0.11	-0.06
Na⁺	0.31	0.04	-0.07	-0.10	0.38	-0.11
K⁺	0.27	0.18	-0.03	-0.24	0.14	0.21
Na⁺/K⁺	0.25	-0.15	-0.19	-0.06	0.38	-0.20
Ca²⁺	0.28	0.00	0.20	-0.12	0.26	0.35
Mg²⁺	0.31	0.01	-0.04	-0.12	0.37	0.05
Ca²⁺/Mg²⁺	-0.10	-0.12	0.41	0.02	-0.38	0.23
Plants variables
Na⁺	0.00	0.36	0.12	0.28	-0.03	-0.09
K⁺	0.21	0.26	-0.11	-0.16	-0.30	0.21
Na⁺/K⁺	-0.01	0.36	0.13	0.27	-0.02	-0.10
Ca²⁺	-0.10	0.23	0.34	0.23	0.21	0.12
Mg²⁺	0.18	-0.19	0.29	0.23	0.04	0.29
C²⁺a/Mg²⁺	-0.14	0.33	0.08	0.21	0.27	0.06
Chl a	-0.14	-0.28	0.24	-0.28	0.02	0.07
Chl b	0.25	-0.20	0.12	-0.21	-0.07	0.34
Carotenoids	-0.17	-0.31	0.01	-0.26	0.15	-0.03
Eigenvalue	10.28	7.05	4.67	12.80	5.71	3.49
Variance %	46.73	32.03	21.24	58.16	25.97	15.87
Cumulative %	46.73	78.76	100.00	58.16	84.13	100.00

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