Sugarcane yellow leaf virus infection leads to alterations in photosynthetic efficiency and carbohydrate accumulation in sugarcane leaves

Abstract

Infection by Sugarcane yellow leaf virus (ScYLV) causes severe leaf symptoms in sugarcane (Saccharum spp.) hybrids, which indicate alterations in its photosynthetic apparatus. To gain an overview of the physiological status of infected plants, we evaluated chlorophyll a fluorescence and gas exchange assays, correlating the results with leaf metabolic surveys, i.e., photosynthetic pigments and carbohydrate contents. When compared to healthy plants, infected plants showed a reduction in potential quantum efficiency for photochemistry of photosystem (PSII) and alterations in the filling up of the plastoquinone (PQ) pool. They also showed reduction in the CO2 net exchange rates, probably as a consequence of impaired quantum yield. In addition, reductions were found in the contents of photosynthetic leaf pigments and in the ratio chlorophyll a/chlorophyll b (chla/chlb). Carbohydrate content in the leaves was increased as a secondary effect of the ScYLV infection. This article discusses the relation of virus replication and host defense responses with general alterations in the photosynthetic apparatus and in the metabolism of infected plants.

Fisiologia foliar e qualidade enológica da uva em videiras infectadas por vírus

“…Reinero & Beachy (1989) demonstraram que a CP viral acumula-se nos cloroplastos e nas membranas dos tilacóides de plantas infectadas, sugerindo, desta forma, que esta pode induzir inibição do transporte de elétrons no FSII. Gonçalves et al (2005) também observaram que plantas de cana-de-açúcar infectadas por vírus apresentaram redução na eficiência quântica fotoquímica potencial do FSII, alterações no preenchimento do "pool" de plastoquinona e, principalmente, redução nas taxas de troca líquida de CO 2 , provavelmente em consequência desta redução na eficiência quântica. Nas avaliações de teores de clorofila, verificouse, em ambas as cvs, que folhas sintomáticas de plantas infectadas apresentaram menores teores de clorofilas total, a e b, em relação a folhas assintomáticas de plantas infectadas e folhas de plantas sadias (Tabela 2).…”

“…Outros fatores também são mencionados, para explicar o menor potencial fotossintético verificado em plantas infectadas por vírus, a exemplo da menor área foliar exposta das plantas infectadas, acentuando-se a diferença, em relação a plantas sadias, no final do ciclo vegetativo e do aumento da concentração de antocianinas (avermelhamento) comumente verificado em determinadas hospedeiras, em folhas sintomáticas (Brar et al, 2008). Gonçalves et al (2005) também verificaram reduções nos conteúdos de pigmentos fotossintéticos foliares e na razão clorofia a/b e aumento no conteúdo de açúcares nas folhas, como um efeito secundário da infecção viral. Na análise de folhas assintomáticas de plantas infectadas, pode-se observar que as viroses provocam alterações no potencial fotossintético antes de se manifestarem as diferenças em pigmentos.…”

“…Foram induzidos genes principalmente associados com membrana celular e sistema de endomembranas, codificando proteínas envolvidas na função de transporte, enquanto que os genes reprimidos foram associados com os cloroplastos, codificando proteínas associadas a funções metabólicas, tais como proteínas fotossintéticas, constituintes dos fotossistemas e enzimas da biossíntese de clorofilas. Gonçalves et al (2005) e Berger et al (2007 também relataram que altas concentrações de açúcares nas folhas podem causar decréscimos na taxa fotossintética, via mecanismo de retro-inibição metabólica da fotossíntese. O RSPaV e o GLRaV-2 são vírus que invadem, replicam-se e se concentram nos tecidos do floema.…”

“…Em decorrência disto, ocorrem várias alterações bioquímicas, fisiológicas e morfológicas, através da ativação e/ou bloqueio de determinadas atividades celulares nas plantas infectadas. Dependendo da interação vírus-hospedeira, uma grande diversidade de sintomas pode ser observada, geralmente, associada a alterações citológicas na estrutura e função dos cloroplastos (Arias et al, 2003;Sampol et al, 2003;Bertamini et al, 2004;Gonçalves et al, 2005;Domiciano et al, 2009). De modo geral, as infecções virais são capazes de induzir desordens na célula vegetal, que incluem alterações na fotossíntese, na respiração, nas atividades enzimáticas, no transporte de fotoassimilados e no balanço hormonal (Sampol et al, 2003).…”

“…Este fato, aliado à replicação e à concentração dos vírus da videira, preferencialmente nos tecidos do floema, poderia resultar em desorganização e alterações destes tecidos, com efeitos negativos sobre a translocação de fotoassimilados, levando ao acúmulo de amido nas folhas (Lalonde et al, 2003;Gonçalves et al, 2005). Este acúmulo de amido e açúcares nas folhas pode desencadear decréscimos significativos nas taxas fotossintéticas, via mecanismo de retro-inibição metabólica da fotossíntese (Berger et al, 2007).…”