Um sinal para a maturação de sementes e anti-estresse

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1 Um sinal para a maturação de sementes e anti-estresse
Ácido abscísico Um sinal para a maturação de sementes e anti-estresse

2 Introdução Na década de 60, nos EUA, Addicott et al. cristalizaram uma substância que causava abscisão de frutos de algodão. Foi chamada de abscisina II. Na década de 60, na Inglaterra , Wareing et al. extraíram substância que chamaram de dormina, de gemas de bordo (Acer pseudoplatanus) mantidas em dias curtos. Apresentavam dormência em resposta à sazonalidade.

3 Acer pseudoplatanus L. Família: Sapindaceae

4 Dormina e abscisina II são nomes anteriores do ácido abscísico - ABA.
A indução de abscisão de frutos por ABA age ativando a síntese de etileno. ABA é um sesquiterpenóide de 15 carbonos formado por 3 unidades de isopreno. ISOPRENO

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6 Locais de síntese Todas as células vivas, desde ápice caulinar ao ápice radicular. Presente nas seivas de xilema, floema e em nectários. Em condições normais há poucos ng.g MF-1. Tecidos submetidos ao estresse hídrico ambiental e sementes em desenvolvimento apresentam g. g MF-1. ABA é a única forma natural e ativa.

7 BIOSSÍNTESE A partir de carotenóides.
Precursor isopentenil-difosfato (ou pirofosfato) - IPP (gerado a partir de piruvato e 3-PGA) nos plastídios e cloroplastos. Ácido mevalônico é precursor de IPP no citosol. IPP também é precursor de giberelinas. Conversão de xantoxina ou de zeaxantina em ABA no citosol.

8 Biossíntese de -caroteno
São precursores de -caroteno, o 3-PGA e o piruvato, originados nos cloroplastos. O -caroteno é precuror de zeaxantina, que por sua vez é precursora de ABA. Zeaxantina pode também ser produzida a partir de isopentenilpirofosfato (IPP).

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11 Transporte e mecanismo de ação
Transportado das folhas para raízes via floema. De raízes à parte aérea via xilema. Também através de células parenquimáticas. Dois tipos de respostas: Rápidas – alterações de fluxo de íons e de balanço hídrico. Ocorrem poucos minutos após aumento de ABA endógeno. Exemplo de resposta rápida: fechamento estomático devido ao estresse hídrico. Lentas - alterações na expressão gênica- demoram algumas horas para ocorrer. Exemplo: tolerância à dessecação em sementes em formação.

12 Modelo esquemático de sinalização de ABA mediada por GCR.
Proteína G Efetores ( E2) : PLD= fosfolipase D; canais de K+, canais de CA 2+, outros.

13 Modelo de ação e receptores
Proteína receptora (GCR) ligada à proteína G na membrana plasmática e ao ABA em Arabidopsis. Ligação de ABA ao receptor substitui GDP por GTP na sub-unidade α da proteína G. A seguir, GCR se separa de G. A sub-unidade α da proteína G se separa e liga-se a uma molécula efetora para induzir as respostas. As evidências atuais sugerem uma multiplicidade de receptores para ABA.

14 Modelo simplificado para síntese, transporte e percepção de ABA em arroz sob estresse hídrico

15 Modelo de ação e receptores
Modelo estudado em estresse hídrico em arroz. Biossíntese de ABA induzida por estímulos ambientes nos tecidos vasculares. ABA pode ser liberado do RE por ABA-GE que o armazena no vacúolo e transporta para sistema vascular por um transportador ABA-GE ABA é transportado para os espaços intercelulares pelos transportadores AtABCG25 localizados principalmente no tecido vascular ABA é exportado para fora da célula. Deve ser conduzido até as células guardas. ABA recém sintetizado é transportado na célula para sítios de resposta, via transporte ativo ou passivo.

16 Receptores PYR/PYL/RCAR percebem o sinal de ABA intracelular
Combinam-se com reguladores negativos PP2Cs/ABI1,formando um complexo ternário. Os reguladores negativos são desativados enquanto que PP2Cs, SnRK2s, são ativados pela fosforilação. A ativação de SnRK2s inicia a resposta de ABA Em células sem ABA, SnRK2s é desativada por PP2Cs.

17 Principais efeitos fisiológicos
Fechamento de estômatos induzido por estresse hídrico. Desenvolvimento de sementes. Dormência de sementes. Inibição de viviparidade. Promoção de senescência foliar. Retardamento de floração. Promoção de crescimento de raízes em baixo potencial hídrico.

18 Abertura estomática Luz azul ativa as H+ATPases das membranas celulares de células guardas. Ocorre o bombeamento de íons K+ e CL- nas primeiras horas da manhã para dentro das células guardas. Isto causa redução de os das células guardas (fica mais negativo) e entrada de água, induzindo abertura do poro estomático. No início do dia, acúmulo de K+ induz abertura estomática. Ao longo do dia, luz vermelha induz fotossíntese. A síntese de sacarose nas células guardas contribui para a redução de os. Sacarose aumenta lentamente pela manhã e torna-se dominante em relação ao K+ ao longo do dia.

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21 Apium petroselinum (salsa)
Cucumis anguria Apium petroselinum (salsa) Modelo dos balões para explicar o papel das paredes celulares das células guardas na sua abertura. Os polissacarídeos formam espessamentos radiais. Quando as células guardas ficam túrgidas, esses espessamentos puxam para dentro o poro estomático e o estômato abre.

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24 Modelo de ação da luz azul na abertura estomática
CRY Criptocromos e fototropinas

25 Zeaxantina, criptocromos e fototropinas absorvem luz azul.
Fosforilam uma proteína que se liga à ATPase de célula guarda. ATPase bombeia H+ para as paredes das células guardas. Gera gradiente eletroquímico. Este permite o funcionamento dos canais de K+ e de CL-. Esses íons entram na célula guarda. E reduzem seu potencial osmótico ( torna-se mais negativo) A água entra nas células guardas. O estômato se abre.

26 ABA e fechamento estomático durante estresse hídrico

27 Fechamento de estômatos durante estresse hídrico
Raízes de plantas sob estresse hídrico sintetizam altos níveis de ABA (pode aumentar 40 X). Durante estresse hídrico, seiva do xilema foliar fica levemente alcalina. Isso favorece a dissociação de ABAH ao ABA–. ABA– é enviado às células guardas dos estômatos. Células guardas têm receptor de ABA na superfície externa da membrana plasmática. Ocorre perda de íons K+, Cl- e malato- pelas células guardas em resposta ao aumento de ABA. Ocorre então redução da água das células guardas. Ocorre também redução de potencial de pressão (  p) ou pressão de turgescência. O estômato se fecha.

28 Efeito do ABA no fechamento estomático

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31 Perdas de K+, malato- e Cl- pelas células guarda causam:
liberação de água pelas células guardas, redução de potencial de pressão ou pressão de turgescência e fechamento estomático.

32 Estresse hídrico em milho

33 Estresse hídrico em milho
O potencial hídrico foliar diminui (fica mais negativo) com a perda de água no solo. Isso induz a síntese de ABA. O conteúdo de ABA foliar aumenta. A resistência estomática aumenta. Os estômatos fecham como consequencia do stress hídrico. Com o fornecimento de água, o inverso é observado.

34 Aumento de concentrações de Ca+2 e diminuição de poro estomático induzidos por ABA.
ABA aumenta Ca+2 citosólico (Linha vermelha) nas células guardas. Aumentos de ABA reduzem tamanho do poro estomático.

35 Inibição de bombas de prótons de células guardas pelo ABA
Protoplastos de células guardas foram mantidos em meio de cultura e mantidos sob luz vermelha. O pH inicial foi o mesmo em todos os casos. Receberam a seguir pulsos de luz azul.

36 Desenvolvimento de sementes
Picos de ABA são verificados no final de embriogênese e início da maturação das sementes. ABA induz transporte de assimilados (ou fotossintetatos) para sementes em desenvolvimento e embriões em crescimento. Síntese de proteínas de armazenagem em sementes. Expressão de genes lea - proteínas LEA – (late embryogenesis abundant). Proteínas de proteção contra desidratação: RAB (que respondem ao ABA) e DHN (deidrinas) em Arabidopsis thaliana.

37 Embriogênese de Arabidopsis thaliana

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39 Controle da germinação precoce e dormência.
ABA evita viviparidade, ou seja germinação precoce do embrião ainda nos frutos. Mutantes deficientes ou insensíveis ao ABA mostram viviparidade. Exemplos: milho, tomate, ervilha, batata, cevada, Arabidopsis, Nicotiana. Mutantes de milho mostram bloqueio na síntese de carotenóides e níveis muito reduzidos de ABA causando viviparidade.

40 Em cereais o ABA inibe a síntese de - amilase dependente de GA pela inibição de transcrição de mRNA de MYB. Elementos de DNA envolvidos na repressão da transcrição por ABA são os GARES, reprimidos por ABA na síntese de - amilase dependente de GA. Em sementes dormentes, saída da dormência associada à redução da taxa ABA/GA.

41 Giberelinas ativam enzimas hidrolíticas necessárias para a germinação
ABA inibe enzimas hidrolíticas - inibidor de germinação

42 Espigas de milho contendo mutantes vivíparos, insensíveis ou deficientes em ABA
À esquerda, mutantes deficientes em ABA. À direita, mutantes insensíveis ao ABA. As cariopses pretas possuem antocianinas, cuja síntese é induzida pelo ABA e as amarelas não contém antocianinas.

43 Sementes mutantes de Arabidopsis
Germinação de Arabidopsis foi determinada após 3 dias de crescimento em meio 1/2 Murashige e Skoog (MS) com adição de 0.3 µM de ABA Sementes frescas recém coletadas, germinaram em papel de filtro umedecido por 7 dias. Sementes de mutantes gcr2 (sem receptor GCR2) perdem a dormência observada nas selvagens (WT). Sementes gcr2 são menos sensíveis à inibição de germinação causada pelo ABA.

44 Mutantes gcr2 são menos sensíveis ao ABA.
Sementes germinaram em 1/2 MS com (direita) ou sem (esquerda) 0.3 µM de ABA por 10 dias. GCR2OE, GCR2 super-expressam o receptor e crescem menos que as selvagens pois são mais sensíveis ao ABA exógeno que as selvagens.

45 Retardamento de Floração
ABA liga-se a um receptor nuclear FCA. Enquanto acorrer essa ligação, FCA não se liga a FY. FLC (Flowering locus C) é um fator de transcrição que inibe a floração. A interação FCA – FY reprime FLC e a floração é promovida. ABA retarda o tempo de florescimento.

46 Promoção de senescência foliar
ABA promove a senescência foliar independentemente do etileno. Acelera senescência foliar de folhas intactas e segmentos. Em mutantes de Arabidopsis insensíveis ao etileno, o ABA estimulou o amarelecimento, ou clorose em ambos, o selvagem e o mutante. Há interação com vários outros grupos de hormônios. Altos níveis de AIA foliar retardam senescência. Altos níveis de citocininas retardam. Etileno, ABA e JA (jasmonatos) aceleram.

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48 Senescence in Arabidopsis

49 Os níveis de ABA aumentam em folhas senescentes.
Aplicações exógenas de ABA induzem expressão de vários genes SAGs (73) envolvidos com senescência. Genes de enzimas chaves da síntese de ABA: 9-cis- epoxycarotenoid dioxygenase (NECD), e 2 genes de oxidase de aldeído, AAO1 e AAO3 aumentam sua expressão durante senescência. O gene induzido pelo ABA ,do receptor de ABA, tipo quinase, RPK1, é altamento induzido durante senescência.

50 Modelo de regulagem de senescência foliar.
A senescência é um processo complexo. Os efeitos de fatores endógenos e exógenos estão integrados à fase de desenvolvimento dependente da idade. Inúmeras vias metabólicas que respondem aos vários fatores estão interligadas e formam uma rede de regulagem Essa rede ativa vários genes associados à senescência. Esses são responsáveis pelos processos degenerativos que levam à morte celular.

51 Referências Kerbauy, G.B Fisiologia Vegetal. Guanabara Koogan, 452p. Taiz ,L. & Zeiger, E FISIOLOGIA VEGETAL. 3ª EDIÇÃO. ARTMED, 719P. Taiz, L. & Zeiger, E Plant Physiology. Sinauer Associates, Inc, Publishers, 705p. Taiz, L. & Zeiger, E Sinauer Associates, Inc, Publishers, 792 pp.

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53 V. Silveira, C. Santa-catarina, T. S. Balbuena, F. M. S. Moraes, C. A
V. Silveira, C. Santa-catarina, T.S. Balbuena, F.M.S. Moraes, C.A.O. Ricart, M.V. Sousa, M.P. Guerra, W. Handro and E.I.S. Floh Endogenous abscisic acid and protein contents during seed development of Araucaria angustifolia. Biologia Plantarum 52 (1):

54 Ye et al. Rice 2012, 5:1 http://www.thericejournal.com/content/5/1/1
REVIEW Open Access ABA signal in rice under stress conditions Nenghui Ye, Liguo Jia and Jianhua Zhang