Genotoxicity and cytotoxicity of Cr(VI) and Pb²+ in Pisum sativum

Abstract

A toxicidade dos metais é uma problemática que envolve a saúde humana e o ambiente, sendo necessária uma vigilância constante e uma avaliação dos danos precisa e robusta. As plantas, como principal fonte alimentar e de produtos, são de vital importância à sociedade humana. Devido a serem seres sesseis, este grupo é um dos mais afectados por poluentes, tornandoos objectos de estudo extremamente interessantes. O objectivo desta tese foi avaliar os efeitos genotóxicos e citotóxicos do Cr(VI) e Pb2+ na espécie modelo Pisum sativum L. No capitulo I é introduzida a problemática da toxicidade de ambos os metais, com especial relevo nas plantas, bem como as abordagens mais actuais no estudo da geno e citotoxicidade. No capitulo II são apresentados os resultados dos estudos da genotoxicidade do Pb2+ (II-1) e Cr(VI) (II-2 e II-3), tendo sido realizados analises de dano ao DNA a vários níveis e alterações do ciclo celular (II-1 e II-2), bem como a detecção de instabilidade de microssatelites (II-1 e II-3), que é um indicador do estado funcional do mecanismo de reparação do DNA. O capítulo III aborda o efeito de stresses abióticos na capacidade fotossintética da espécie modelo. No capítulo III-1, realizou-se um estudo pioneiro de avaliação da aplicabilidade da citometria de fluxo no estudo da fotossíntese, mais concretamente no estado funcional e estrutural dos cloroplastos, quando expostos a um inibidor da fotossíntese (Paraquat). Os dados obtidos neste estudo encorajaram a aplicação da técnica nos capítulos III-2 e III-3, nos quais se analisaram os efeitos dos metais Pb2+ (III- 2) e Cr(VI) (III-3) na capacidade fotossintética de plantas expostas a este metal; em estudos que envolveram vários marcadores clássicos, para alem dos da citometria de fluxo. Finalmente, no capítulo IV são apresentadas as conclusões finais do trabalho, uma comparativa entre os efeitos e níveis de toxicidade dos dois metais em estudo e são apontadas algumas perspectivas para futuros estudos, levantadas pelos dados obtidos.

Metal toxicity is both an environmental and human health concern that requires constant vigilance and precise and unbiased evaluation. Plants, as a major source of food and many goods are extremely important for society. Due to their sessile nature, these organisms are one of the groups which are more affected by pollution, being for this reason an exciting model group The objective of this PhD thesis was the evaluation of the genotoxic and cytotoxic effects of Pb2+ and Cr(VI), in the model species Pisum sativum L. In chapter I, the problematic effects of these metal’s toxicities in plants is introduced, altogether with some of the most recent approaches to study geno and cytotoxicity. Chapter II presents the results of the investigations regarding the genotoxicity of Pb2+ (II-1) e Cr(VI) (II-2 e II-3). To this end, an evaluation of the different levels of DNA damage and cell cycle dynamics were performed (chapters II-1 and II-2). Also, the induction of microsatellite instability, an indicator of the functional status of the DNA repair machinery, by this metals was also studied (II-1 and II-3) The effect of abiotic stress at the photosynthetic level of this study’s model species is reported in Chapter III. In chapter III-1, an innovative study was undertook, in which the applicability of flow cytometry to photosynthetic studies was evaluated, namely, in the evaluation of the structural and functional status of chloroplast exposed to a photosynthesis inhibitor (Paraquat). The results of that study led the way to the application of that technique in chapters III-2 and III-3, where the effects of Pb2+ (III-2) and Cr(VI) (III-3) in the photosynthetic status of plants exposed to this metal were evaluated, using classical markers, besides the ones established for flow cytometry in chapter III-1 Finally, in chapter IV, the final conclusions of this thesis are presented, as well as a comparative between the different effects and levels of toxicity of the two metals studied, together with some future perspectives in this field of research, based on the results presented throughout this thesis.