The role of free radicals and radical processing systems in loss of desiccation tolerance in germinating maize (Zea mays L.)

Abstract

SUMMARYOn germination, maize seeds rapidly become intolerant of desiccation. Germinating seeds exposed to dehydrating conditions for 24 h show a significant rise in lipid peroxidation and the accumulation of an electron paramagnetic resonance-detectable organic radical, in parallel with the development of desiccation intolerance. Throughout the 5-d-long germination phase and the period of loss of desiccation tolerance, the radical scavengers a-and ytocopherol and glutathione accumulate in response to episodes of dehydration. However dehydration suppresses, or delays, increases in activity of superoxide dismutase, peroxidase and glutathione reductase, major components in the protection against activated forms of oxygen. We present evidence of a sequence of events in which activated oxygen plays an early and probably causative role in loss of tolerance of desiccation in these seeds.

Enzimas removedoras de radicais livres e proteínas lea associadas à tolerância de sementes milho à alta temperatura de secagem

“…Nota-se que as sementes intolerantes a 50ºC, principalmente aquelas submetidas a poucas horas de pré-condicionamentos (zero e quatro), as quais apresentaram baixo desempenho fisiológico (Figura 1), também apresentaram menor intensidade de atividade da enzima catalase. Trabalhando com embriões de milho Leprince et al (1990a), observaram uma diminuição na atividade das enzimas superóxido dismutase e peroxidase, durante o processo de embebição, em estágios de intolerância à dessecação. Esses autores, não detectaram aumento na atividade da enzima catalase, a qual se comportou como a peroxidase, ou seja, apresentou uma atividade crescente ao longo do processo de aquisição de tolerância à alta temperatura de secagem.…”

“…A sensibilidade à dessecação é um fenômeno fisiológico complexo e envolve uma série de mecanismos deletérios e/ou protetores dependendo das condições da dessecação (Li e Sun, 1999). Diversas alterações podem ocorrer nas sementes durante a dessecação, tais como, mudanças na composição relativa de fosfolipídios de membranas (Chen e Burris, 1991;Wolkers et al, 1998), acúmulo de carboidratos solúveis como sacarose e oligossacarídeos (Bochicchio et al, 1994(Bochicchio et al, e 1996Horbowicz e Obendorf, 1994;Vertucci e Farrant, 1995;Brenac et al, 1997;Wolkers et al, 1998;Rosa, 2000), síntese de proteínas lea (late embryogeneses accumulated) (Blackman et al, 1991;Blackman et al, 1992;Thomann et al, 1992;Leprince et al, 1993;Blackman et al, 1995) e a habilidade para prevenir, tolerar ou reparar ataque de radicais livres (Leprince et al, 1990a(Leprince et al, , 1990b(Leprince et al, , 1993(Leprince et al, , 1994a(Leprince et al, , 1994b(Leprince et al, e 1995Sun e Leopold, 1997;Nkang et al, 2000;Greggains et al, 2001). Estas mudanças podem conferir graus variados de tolerância à dessecação nas sementes, em função da intensidade com que os mecanismos de proteção são impostos.…”

“…Tem sido sugerido que a perda de viabilidade durante a secagem de diversas sementes sensíveis à dessecação é acompanhada por um aumento na peroxidação de lipídios e acúmulo de radicais livres (Seranatna et al, 1987;Leprince et al, 1990a;Hendry, 1993;Finch-Savage et al, 1996;FinchSavage et al, 1994). Esses radicais livres podem reagir com peróxidos de hidrogênio, produzindo oxigênio singleto e radical hidroxil (OH -), tóxicos às células (Hendry, 1993) e capazes de danificar constituintes celulares, tais como, proteínas, DNA´s e membranas (Hoekstra et al, 1996).…”

Isolation, Chromosomal Localization, and Differential Expression of Mitochondrial Manganese Superoxide Dismutase and Chloroplastic Copper/Zinc Superoxide Dismutase Genes in Wheat1

“…Both chloroplasts and mitochondria can produce active oxygen species either under normal growth conditions or during exposure to various stresses. The PSI electron-transport chain contains a number of autooxidizable enzymes that reduce O 2 to superoxide (Badger, 1985; Asada and Takahashi, 1987; Asada, 1994), and evidence indicates that superoxide and H 2 O 2 can also be produced by PSII under high-light intensities (Landgraf et al, 1995).During mitochondrial respiration, reactive oxygen species are also generated via the reactions of the electrontransport chain (Rich and Bonner, 1978;Bowler et al, 1991).Active oxygen species are also generated during chemical and environmental stresses, including chilling and freezing (Wise and Naylor, 1987;Senaratna et al, 1988; Kendall and McKersie, 1989;Tsang et al, 1991;McKersie et al, 1993), drought (Perl-Treves and Galun, 1991; Price and Hendry, 1991), desiccation (Senaratna et al, 1985;Leprince et al, 1990), flooding (Hunter et al, 1983;Van Toai and Bolles, 1991), herbicide treatment (Malan et al, 1990; Kurepa et al, 1997), pathogen attack (Montalbini and Buonaurio, 1986; Buonaurio et al, 1987; Koch and Slusarenko, 1990), and ionizing radiation (Niwa et al, 1977).SODs are a group of metalloenzymes that protect cells from superoxide radicals by catalyzing the dismutation of the superoxide radical to molecular O 2 and H 2 O 2 . SODs are categorized into two families with unrelated DNA sequences.…”

Partial characterization of genes from the embryonic axis of Melanoxylon brauna Schott. (Leguminosae-Caesalpinioideae) seeds

“…In relation to the products generated from that analysis it is possible to observe more than one fragment in the pairs of oligosaccharides evaluated. (Leprince et al, 1990). Besides, the critic levels of moisture can affect the metabolic activity and cause damages in the tissues sensitive to dehydration (Vetucci and Ferrant, 1995;Walters et al, 2002a).…”