Fotorregulação de respostas biológicas na espécie Haematococcus lacustris

Abstract

A radiação é um dos parâmetros abióticos mais relevantes na fisiologia de organismos fotoautotróficos. A microalga Haematococcus lacustris possui um ciclo de vida com diversas etapas, sendo algumas delas relacionadas ao crescimento vegetativo, e outras ao acúmulo de carotenoides em cistos. O presente trabalho avaliou os efeitos de diferentes qualidades e quantidades luminosas na morfofisiologia e na produção de metabólitos em cultivos de H. lacustris em laboratório. Foram realizados experimentos utilizando radiações monocromáticas em doze comprimentos de onda e cinco irradiâncias em cada um deles. Visando compreender aspectos fisiológicos da microalga, foram realizadas análises de parâmetros fotossintéticos, crescimento e ciclo de vida, quantificação de pigmentos e capacidade antioxidante. Os resultados mostraram que as fases do ciclo de vida da H. lacustris foram influenciadas pelos comprimentos de onda e irradiâncias aos que foram submetidas. Células vegetativas flageladas foram encontradas em maior quantidade nos comprimentos de onda Amarelo565 e Laranja594, e em menor quantidade no Vermelho685; enquanto isso células flageladas avermelhadas foram mais encontradas nos comprimentos Vermelho685, Vermelho660 e Azul445; e cistos intermediários foram encontrados principalmente em Verde521, Vermelho685 e Azul445. Além disso, a irradiância apresentou correlação positiva entre o aumento de fótons e mudança morfológica para células flageladas avermelhadas e cistos intermediários. O espectro de ação, obtido a partir da fotossíntese (ETR) apresentou alterações com o passar do tempo. Na análise do conteúdo pigmentar, foram encontradas clorofilas a e b, e o carotenoide luteína, os quais foram influenciados tanto pelos comprimentos de onda, quanto pela irradiância. Foi encontrada uma correlação negativa entre biomassa e os três pigmentos, assim como com a capacidade antioxidante. Enquanto isso, os três pigmentos possuem relação positiva entre si, e a luteína possui forte correlação positiva com capacidade antioxidante. Esse trabalho possui caráter inovador, e ´e fundamental para a compreensão do impacto que a radiação causa em respostas reguladoras, permitindo que a aplicação de irradiâncias e comprimentos de onda específicos gerem respostas de interesse em processos de desenvolvimento de bioprodutos.

Abstract: Radiation is one of the most relevant parameters to drive autotrophic organisms, such as Haematococcus lacustris, which contains various steps in its life cycle, being some of them related to growth and others for accumulating carotenoids in resting cysts. For this study, twelve monochromatic LEDs and five irradiances were applied to evaluate morphophysiology and metabolites compounds in H. lacustris cultures. Aiming to comprehend physiological parameters of this algae, the following response factors were evaluated: photosynthesis, growth and life cycle stages, pigment quantification and antioxidant capacity. Results showed the influence of wavelength and irradiances in shifts of life cycle stages. Vegetative cells were mostly found in Yellow565 and Orange594 wavelengths, and least in Red685; meanwhile reddish flagellate cells were mostly found in Red685, Red660 and Blue445; intermediate cysts were majorly found in Green521, Red685 and Blue445. Moreover, irradiance presented positive correlation between higher amount of light and morphological change into reddish flagellate cells and intermediate cysts. Action spectra were obtained through photosynthesis (ETR), which changed over the time, decreasing utilization of red light to transfer electrons according with the time. Pigment composition was analyzed, chlorophyll a, chlorophyll b, and lutein were identified. Their concentrations were influenced by the factors of wavelength and irradiance. Negative correlations between biomass and all three pigments, as well as antioxidant capacity were found. Meanwhile, pigments presented positive correlation, and lutein has a strong positive correlation with antioxidant capacity. This study features novelty and fundamental understanding on radiation regulating responses, allowing a future industrial upscaling and application of specific irradiances and wavelengths to drive responses of interest in the development of bioproducts.