Transporte da seiva elaborada do orgão

Apresentação em tema: "Transporte da seiva elaborada do orgão"— Transcrição da apresentação:

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2 Transporte da seiva elaborada do orgão
Dreno Floema Transporte da seiva elaborada do orgão fonte ao orgão dreno Orgão fonte: orgão exportador Folhas tornam-se dreno: quando atingem 25-40% área foliar de uma folha completamente expandida Orgão dreno: orgão importador Não conseguem produzir o suficiente para sua manutenção. Ex: folhas novas, caules, raízes, meristemas, flores, etc.

3 Força dreno e produtividade
Fotossíntese Fotossíntese Maior força dreno Menor força dreno

4 Força dreno e produtividade
Experimento de enxertia recíproca Fotossíntese Fotossíntese Menor força dreno Maior força dreno

5 Mecanismo??? [sacarose] na folha Fotossíntese
Descarregamento ou metabolismo nos orgãos dreno [sacarose] no floema do orgão dreno redução da diferença de pressão dentro do floema aumento da pressão no floema do orgão dreno Fechamento dos plasmodesmatas = redução carregamento [sacarose] na folha Fotossíntese Mecanismo???

6 1 Mecanismo??? [sacarose] na folha Inibição da SPS
Redução da [Pi] citossólica Inibição do transporte de triose [amido] cloroplasto Inibição do Ciclo de Calvin

7 Fator Transcripcional
[sacarose] na folha Mecanismo??? 3 2 invertase Hexocinase invertase [F6P] 1 1 2 2 Sinal FBPase [F2,6BP] 3 3 4 Fator Transcripcional Repressor SPS [Pi] citossólica 5 6 4 [amido] transporte de triose Transcrição de genes C. Calvin 7 8 7 5 Inibição do Ciclo de Calvin Inibição do Ciclo de Calvin

8 Metabolismo da Sacarose
1) Degradação da Sacarose Sacarose: nutriente componente osmótico molécula sinal

9 Sintase da Sacarose Solúvel
Invertase da parede (apoplástica Invertase Neutra ou Alcalina Invertase Vacuolar Sintase da Sacarose Solúvel Sintase da Sacarose associada a membrana

10 Múltiplas funções das enzimas clivadoras da sacarose
- Metabolismo (atividade enzimática) - Partição de assimilatos - Osmoregulação - Adaptação ao frio e baixos níveis de oxigênio - Resposta ao ferimento e infecção -Desenvolvimento (embriogênese in vitro, p. ex).

11 Invertases Degradação Suc em Glu+Fru: grande aumento da pressão osmótica função na elongação celular e crescimento das plantas - Alta atividade em tecidos com rápido crescimento (raízes novas de cenoura) - Hexoses: fonte de energia e força motora para a elongação celular 1º Ex: aumento da atividade na metade inferior do pulvino da invertase ácida durante a resposta a gravidade 2º Ex.: Estudo detalhado do elongamento em hipocótilo: alta correlação entre nível de ativ. invertase e taxa de elongamento 3º Ex: crescimento da pétala do cravo: bascamente devido ao enlargamento celular: grande aumento da atividade da invertase ácida nesse período Controvérsia: papel da invertase em orgãos dreno: L. chmielewskii :acumula sacarose no fruto, baixíssima ativ. da invertase; L. esculentum: alta atividade, acumula hexoses: antisenso: tomate tornou-se acumulador de sacarose ao invés de hexoses: regulador da composição de açucares no fruto = invertase

12 - 5 diferentes genes clonados em cenoura: diferente regulação: um gene
flor-específico - Milho: invertases vacuolares: um gene induzido, outro reprimido por açúcares - auxinas, Gas, citocininas: aumento na atividade da invertase ácida - Ferimento ou patógeno: aumento na expressão:

13 Invertase Ácida - Invertase da parede: pI básico; invertase vacuoloar: pI ácido - Glicose: inibidor não-competitivo: frutose: inibidor competitivo - A invertase vacuolar possui uma extensão no seu terminal COOH: participaçãono endereçamento ao vacúolo. - Invertases ácidas: reguladas por açucares, ferimentos e patógenos - - Splicing aberrante induzido por frio em batata: função fisiológica? -

14 Invertase vacuolar No mínimo duas isoformas presentes. Proteínas solúveis pH ótimo 4.5-5,0 - Citocininas e açucares regulam duas inv. vacuolares em milho por aumentar a estabilidade do mRNA - Dois genes isolados em diferentes plantas

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16 - várias isoformas presentes; glicoproteínas
Invertase apoplástica - várias isoformas presentes; glicoproteínas - podem ser ionicamente ligadas a parede celular ; pH ótimo entre 4.5 e 5.0 - Quatro genes isolados: a) um: específico para o pólem b) outro: maior expressão nos nós axiais do caule e raiz, mas também expressos no pólem e outros tecidos c) dois outros: expressão na folha e caule; - Expressão do promotor de dois últimos + GUS: expressão floema-específica e diferenciada: um expresso no floema interno, outro no floema externo Invertase apoplástica em Milho - Quatro genes isolados: um gene expressado no pedicelo: mutante miniatura

17 Invertase neutra e alcalina: citosólicas
- No mínimo duas isoformas presentes - pH ótimo é neutro ou levemente alcalino - Pouco estudadas em relação a outras formas de invertase - Parecem ser específicas para Suc Pouco conhecidas e defíceis de serem purificadas Extremamente instáveis: perdem atividade rapidamente após homogeneização Ausência de significante similaridade na sequência de nucleotídeos com outras invertases: não é uma b-frutofuranosidase.

18 definição do número de células sink
Invertase e alocação da sacarose Controvérsia: papel nos orgãos dreno: SuSy: atividade muito maior em batata, feijão e trigo Fava: papel no ínício: produção de hexoses = sinal mitótico = estímulo a divisão celular definição do número de células sink - Cana de açucar: correlação inversa inv. vacuolar e acumulação de sacarose Micorrizas, incapazes transportar sacarose: inv apoplástica: fonte de hexoses para as micorrizas

19 Expressão no apoplasto:
Plantas transgênicas de batata expressando a invertase no citosol ou apoplasto - Expressão no citosol: diminuição da produção de tubérculos, acúmulo de hexoses-P redução no teor de amido, aumento da respiração Expressão no apoplasto: aumento da produção: aumento no teor de água do tubérculo; sem alterações significativas no teor de hexose-P e no teor de amido. Descarregamento na batata: sugerido anteriormente via simplasto: mas expressão no apoplasto: grande redução no teor de sacarose: sacarose disponível no apoplasto :: transporte via apoplasto também Aumento nos teores de glicose e não frutose nos estágios mais avançados do desenvolvimento em ambas: causa: compartimentalização ou ineficiente capacidade fosforilativa: mesma [ATP]; GK 2x; FK: x Teores de hexoses-P e 3PGA aumentam ´somente na expressão citosólica: somente a expressão citosólica perturba a glicólise: algum processo posterior a fosforilação é afetado.

20 Cold sweetening em batata
- Baixas temperaturas: temperaturas inferiores a 5ºC: acumulação de hexoses; aumento em 3x na síntese de sacarose: - Hipóteses: aumento na atividade de enzimas degradadoras de amido; instabilidade ao frio da FK, PK e PFP; ativação SPS; aumento da atividade da invertase ácida Problemas: - diferencias genotipicas quanto a acumulação de hexoses, nem sempre refletem diferenças na atividade total da invertase; - Primeiro acumula-se glicose, depois sacarose: o padrão de mudança em sacarose e hexose não é totalmente consistente com uma consersão direta do primeiro ao último

21 Antisenso invertase apoplástica Antisenso invertase vacuolar Antisenso Susy

22 Antisense da invertase da parede celular em cenoura
Formação de folhas extras; acúmulo de acúcar nas folhas; parte aéra/raiz: 1:3 a 17:1; ausência de raízes de reserva; raiz primária com açúcares solúveis e amido Invertase da parede: papel fundamental na particão dos assimilatos nas raízes de reserva

23 Formação de folhas extras; acúmulo de acúcar nas folhas;
Antisense da invertase do vacúolo em cenoura Formação de folhas extras; acúmulo de acúcar nas folhas; parte aéra/raiz: 1:3 a 1,5:1; raízes de reserva pequenas; redução no nível de açúcares solúveis Redução do tamanho da raiz é resultado da redução do potencial osmótico celular

24 Antisense da Susy em cenoura
Folhas e raízes pequenas; raízes com altos níveis de sacarose e baixos níveis de hexoses, amido e celulose;relação parte aéra/raiz:não modificada Susy em cenoura: principal determinante do crescimento da planta, mais do que ponto de controle da partição de assimilatos

25 Invertase apoplástica
Partição da sacarose entre orgãos fontes e dreno Resposta ao ferimento e infecção Controle da diferenciação celular e desenvolvimento Invertase vacuolar Osmoregulação e enlargamento celular Controle da composição de açúcares em frutos e orgãos de reserva Resposta ao frio (cold sweetening) Invertase citosólica Desconhecida: degradação da sacarose Sintase da sacarose Tunelamento da sacarose no anabolismo Partição da sacarose entre orgãos fonte e dreno Resposta a hipoxia e frio

26 Invertases e o desenvolvimento
- Embriogênese somática em cenoura: aumento na inv. alcalina e diminuição na invertase ácida - Linhas celulares não embriogênicas: alta atividade da invertase ácida e baixa da alcalina - Sacarose como sinal embriogênico? - Fenótipos na embriogênese somática: 1)Antisenso inv. parede: cotilédones falham em se separar 2) Antisenso inv. vacuolar: grandes cotilédones mas raízes e hipocótilos atarracados 3) Ambas plantas transgênicas: estágio desenv. folhas: folhas não se separam e permanecem interconectadas 4) Fenótipos foram aliviados quando a sacarose era adicionada em presença de gli+fru

27 Enzimas sucrolíticas e sinais metabólicos associados
Moléculas sensoras específicas para a glicose e sacarose na membrana celular: sinal ligado mais ao influxo desses metabólitos no citosol, do que suas concentrações momentâneas

28 Enzimas sucrolíticas e sinais metabólicos associados
Um sensor único, presente na membrana ou no RE, percebendo mudanças rápidas nos níveis relativos de sacarose/hexoses controlaria a sinalização

29 Enzimas sucrolíticas e sinais metabólicos associados
Um sensor único, presente na membrana ou no citoplasma, percebendo mudanças a maior prazo nos níveis relativos de sacarose/hexoses controlaria a sinalização

30 Questões a serem respondidas
Tem as plantas sensores independentes para sacarose e glicose? Qual a especificidade das diferentes rotas de sinalização e como são elas coordenadas? Qual a função do inibidor da invertase, cuja inibição pode ser revertida por níveis baixos de sacarose presentes in vivo ?

31 Source-Sink Roitch

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33 Plant Sugar-Response Pathways. Part of a Complex
Regulatory Web 1 Susan I. Gibson* (imagenscientificas/metabolism/sensing

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36 Mecanismos de longa e média resposta

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38 Nitrato e o desenvolvimento das raízes
Folhas Raízes secundárias [N03] nas folhas Sinal atuante a longa distância Root architecture is regulated by an interaction between shoot nitrate, which acts via an uncharacterised long distance signal to inhibit lateral root growth, and local nitrate levels around the root, which stimulate lateral root growth. Crescimento das raízes secundárias [N03] envolta das raízes

39 Metabolism/Nmetabolism/rootbranching

40 Genes de enzimas regulados pelo nitrato
Nitrate-regulated genes in primary metabolism. Nitrate induces genes required for nitrate accumulation, ammonium accumulation, the synthesis of carbon acceptors like a-oxoglutarate, the synthesis of organic acids like malate to maintain pH balance, and, in nonphotosynthetic tissues, also induces genes required to generate redox equivalents during respiratory metabolism. In parallel, nitrate represses genes required for starch synthesis. For abbreviations, see Table 1.

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42 Competição Metabolismo Carbono e Nitrogênio

43 Competição Metabolismo Carbono e Nitrogênio

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45 Metabolism/nmetabolism/carbonacontrolGS

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47 SNF1 Complex: Central role in the glucose signal transduction in yeast
YEAST CELL Cytoplasm Glucose HK G6P SNF1 SNF4 AMP/ATP ATP Ethanol Mig1-P Reg1 Glc7 Nucleus ? Mig1 Transcription Invertase, Gal genes, etc. Alternative carbon source utilization

48 Three glucose signal transduction pathways inplants
Three glucose signal transduction pathways inplants. Three glucose sensing and signaling pathways are revealed on the basis of the analyses of glucose-inducible and glucose-repressible gene expression in transgenic Arabidopsis plants with enhanced or reduced AtHXK levels, and with a heterologous yeast HXK2. The HXK-independent pathway includes genes encoding asparagine synthase (AS1), b-amylase (b-AMY), chalcone synthase (CHS), cell-wall invertase (CIN1), glutamine synthase (GS2), and phenylalanine-ammonia lyase (PAL1). The HXK-dependent pathway controls chlorophyll a/b binding protein (CAB), nitrate reductase (NR1), oxygen evolving protein (OE33), phospholipase D (PLD), and ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase (RBCS) genes. These genes show different glucose responses in transgenic Arabidopsis overexpressing plant AtHXK1 or yeast HXK2. AtHXK1 is used as a glucose sensor in this pathway that is uncoupled from glucose metabolism. The pathogenesis-related genes (PR) belong to the putative glycolysis-dependent pathway because enhanced PR gene expression is observed in transgenic Arabidopsis overexpressing plant AtHXK1 or yeast HXK2.

49 Mechanism of glucose control of SNF1 activity
High Glucose = SNF1 Inactive Low Glucose = SNF1 Active Sip RD T210 Snf4 Reg1 Glc7 KD PO4 SNF1 Sip RD KD T210 Snf4 Reg1 Glc7 SNF1

50 SNF1 homologues in mammals: AMP Kinases (AMPK)
- Make similar complex that in yeast: heterotrimeric complex with SNF4 and SIP homologues - Same substrates that in yeast: HMG-CoA and ACC - Part of a kinase cascade: HMG-CoA ACC AMPKK AMPK-P (SNF1) HMG-CoA-P ACC-P AMP AMPK PP2A/PP2C

51 Role of AMPK in mammals - Metabolic sensors :: control of energy homeostasis AMP/ATP Ratio SNF Inactivation of ATP consuming pathways Activation of ATP producing pathways HMG-CoA reductase ACC HSL Glycogen synthase ß-Oxidation of FA ( Malonil-CoA CPT) Glucose PK FAS Transcriptional Activation SNF1

52 SNF1 in Plants - Eight different SNF1-like genes present in Arabidopsis - The same protein interactions as in yeast and mammals: presence of SNF4 and SIP homologues Sucrose HMG-CoA reductase NR SPS HMG-CoA reductase-P NR -P SPS -P PRL SNF Phosphatases Glucose AMP SNF1 Sucrose synthase (Transcriptional)

53 . SNF1: Ser-Thr Kinase Yeast: essencial for Glucose Repression
Mammals: Metabolic Sensor Glucose ATP AMP ACTIVATION OF SNF1 Mammals: [ATP] Activ. SNF PHOSPHORILATION: HMG-CoA Reductase: inactivation: Sterols Acetil CoA Carboxilase:inactivation: FA Glicogen Synthase: inactivation: Glycogen ??? Activation Carnitine-palmitoyl Transferase 1 Hormone Sensitive Lipase Plants: Halford Group, 1998: 3 SNF1 Antisense lines: lines: Northern : [mRNA Susy] 1 line: Susy Activity Suc + Leaves: Control: induction of [mRNA Susy] accumulation Antisense: no induction No metabolic changes Conclusions: SNF1 controls accumulation of Susy mRNA Participate in the sucrose signaling ATP Consuming Pathways ATP Producing Pathways

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55 Reações do Ciclo C4: Tipo 1
Célula da Bainha Célula do Mesófilo

56 Regulação do Ciclo C4: Ativação da PEPC
Dia Regulação do Ciclo C4: Ativação da PEPC

57 PPDK (Dicinase do piruvato-ortofosfato) Piruvato PEP
Noite = Inativa Dia = Ativa PPDK (Dicinase do piruvato-ortofosfato) Piruvato PEP Regulação do Ciclo C4: Desativação da PPDK

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