Metabolic Changes in Sugarcane Bud Sprouting Stimulated by Microalga Asterarcys quadricellulare

Resumo

A utilização de propágulos de cana-de-açúcar de gema simples traz um desafio quanto à brotação inicial, pois as idades fisiológicas das gemas afetam seu crescimento. Este trabalho tem como objetivo estimular a brotação de gemas de cana-de-açúcar de forma ecológica, utilizando biomassa de microalgas. Uma abordagem metabolômica, conectando alterações fisiológicas e fenotípicas, foi adotada para identificar o efeito de microalgas na brotação da cana-de-açúcar. Para isso, inicialmente foram determinadas as mudanças nos metabólitos dos propágulos de acordo com seu tamanho e posição da gema no colmo. Em seguida, propágulos de gema única dos segmentos apical, medial e basal dos colmos da cv. RB036152 foram imersos em uma solução contendo biomassa de microalgas. Porcentagem de brotação, tamanho dos brotos e alterações nos metabólitos dos brotos e propágulos – aminoácidos livres; açúcares totais solúveis, redutores e não redutores; compostos fenólicos; poliaminas — putrescina, espermina, espermidina; triptofano, 5-hidroxitriptamina (serotonina) e triptamina – foram determinados. Os dados indicaram que o crescimento da gema é acompanhado pelo aumento de seus aminoácidos e acúmulo de açúcares não redutores nos estágios iniciais da brotação. A imersão dos propágulos na suspensão da biomassa da microalga verde Asterarcys quadricellulare (CCAP 294/1) melhorou a porcentagem de brotação de gemas e promoveu notável crescimento dos brotos, aumentando a espermidina e reduzindo o teor de putrescina nos brotos, indicando as poliaminas como os principais compostos do metabolismo do nitrogênio relacionados a brotação e crescimento dos brotos da cana-de-açúcar, via desencadeada pela biomassa da microalga.

Abstract

The use of single-bud sugarcane propagules brings a challenge concerning the initial sprouting, as the physiological ages of buds affect their outgrowth. This work is addressed to stimulate the sugarcane buds sprouting in a nature-friendly way using microalgae biomass. A metabolomics approach, connecting physiological and phenotypic changes, was adopted to identify the microalgae effect on sugarcane sprouting. For that, initially the changes in propagules metabolites according to their size and bud position in culm were determined. Then, single-bud propagules from apical, medial and basal segments of culms from cv. RB036152 were immersed in a solution containing microalgae biomass. Budding percentage, sprouts size and changes in sprouts and propagules metabolites—free amino acids; total soluble, reducing and non-reducing sugars; phenolic compounds; polyamines—putrescine, spermine, spermidine; tryptophan, 5-hydroxytryptamine (serotonin) and tryptamine—were determined. Data indicated that bud outgrowth is accompanied by the increase in its amino acids and non-reducing sugars accumulation at the early stages of budding. The propagules immersion in the suspension of green microalgae Asterarcys quadricellulare (CCAP 294/1) biomass improved bud sprouting percentage and promoted remarkable sprouts growth, increasing spermidine and reducing putrescine content in sprouts, thus indicating the polyamines as the key compounds of nitrogen metabolism related to sugarcane sprouting and sprouts growth, a pathway that was triggered by microalgae biomass.