Alternative oxidase modulates leaf mitochondrial concentrations of superoxide and nitric oxide

Resumo

Foi levantada a hipótese de que a oxidase alternativa (AOX), que não consome energia, modula a quantidade de espécies reativas de oxigênio (ROS) e de espécies reativas de nitrogênio (RNS) nas mitocôndrias das plantas, mas há poucas evidências diretas in planta que comprovem isso.

Foram usados a microscopia confocal fluorescente de varredura a laser e os métodos bioquímicos para estimar diretamente as concentrações foliares in planta de superóxido (imagem em linha), óxido nítrico (NO), peroxinitrito (ONOO-) e peróxido de hidrogênio (H2O2) em tabaco do tipo selvagem (Wt) (Nicotiana tabacum) e tabaco transgênico com quantidades alteradas de AOX.

Descobrimos que as plantas sem AOX têm concentrações maiores na imagem em linha localizada na mitocôndria da folha e NO da folha em comparação com o Wt, enquanto as concentrações de H2O2 na folha foram semelhantes ou menores nas plantas suprimidas pela AOX.

Com base em nossos resultados, sugerimos que a respiração AOX atua para reduzir a geração de ROS e RNS nas mitocôndrias das plantas, amortecendo o vazamento de elétrons únicos da cadeia de transporte de elétrons para O2 ou nitrito. Isso pode representar uma função universal para a AOX nas plantas. Agora é necessário mais trabalho para estabelecer as implicações funcionais dessa função, como durante o estresse abiótico e biótico.

Abstract

The nonenergy-conserving alternative oxidase (AOX) has been hypothesized to modulate the amount of reactive oxygen species (ROS) and reactive nitrogen species (RNS) in plant mitochondria but there is sparse direct in planta evidence to support this.

Laser scanning fluorescent confocal microscopy and biochemical methods were used to directly estimate in planta leaf concentrations of superoxide (inline image), nitric oxide (NO), peroxynitrite (ONOO−) and hydrogen peroxide (H2O2) in wildtype (Wt) tobacco (Nicotiana tabacum) and transgenic tobacco with altered amounts of AOX.

We found that plants lacking AOX have increased concentrations of leaf mitochondrial-localized inline image and leaf NO in comparison to the Wt, while leaf concentrations of H2O2 were similar or lower in the AOX-suppressed plants.

Based on our results, we suggest that AOX respiration acts to reduce the generation of ROS and RNS in plant mitochondria by dampening the leak of single electrons from the electron transport chain to O2 or nitrite. This may represent a universal role for AOX in plants. More work is now needed to establish the functional implications of this role, such as during abiotic and biotic stress.