Sistemas de Defesa em Plantas Adaptações Morfológicas, Metabolismo Secundário e Interações do Tipo Fenótipo Expandido

Plantas possuem um sistema imunológico?

Principais patógenos, parasitas e predadores de vegetais Bactérias Fungos Nematóides Ácaros Vírus Viróides Prions (?) Insetos Herbívoros

Adaptações Morfológicas Cutina, Ceras e Suberina Materiais de origem lipídica encontrados nas partes das plantas expostas ao ambiente externo. Têm por função reduzir a perda de água e auxiliar no impedimento da entrada de fungos e bactérias patogênicos nos tecidos vegetais. A cutina é encontrada predominantemente nas porções aéreas das plantas. A suberina está presente nas partes subterrâneas, nos caules lenhosos e nos ferimentos cicatrizados. As ceras estão associadas à cutina e à suberina.

Adaptações Morfológicas Transformações de células e tecidos Acúleos Espinhos Redução da área foliar Tricomas Cristais de quartzo (opalas biogênicas)

Metabolismo do Ácido Silícico e formação de opalas biogênicas Compostos fenólicos exudados pelas raízes das plantas solubilizam quartzo No interior de tecidos vegetais, desempenha funções de suporte e sustentação - principalmente no interior das células Ocorre a formação de ácido silícico: [SiOx(OH)4-2x]n Com a morte da célula, o ácido silícico precipita-se na forma de opala biogênica (vidro), desprendendo-se do corpo da planta pela epiderme O ácido silício é absorvido pelas raízes e conduzido para o resto do corpo da planta Piperno (1998)

O que fazem as opalas biogênicas? Inibição da digestibilidade Danificação do aparelho bucal de invertebrados herbívoros Desgaste dos dentes de vertebrados herbívoros Resistência dos tecidos contra a atividade de Dípteros e Himenópteros galhadores - dificulta a penetração de ovipositores. Aumento da resistência dos tecidos da planta à abertura de dutos por larvas de insetos Kitagima, 2002

Metabólitos Secundários em Plantas Defesa contra injúrias provocadas pelo ambiente - frio ou calor excessivos Proteção contra herbivoria e contra microorganismos patogênicos Atividade atrativa sobre polinizadores e dispersores de sementes Agente de competição inter e intra-especifica - alelopatias Ação do tipo sinal molecular no processo de desenvolvimento dos tecidos vegetais

Todos os mecanismos de defasa química apresentados por sistemas biológicos vegetais são derivados do metabolismo secundário. Embora a diversidade de metabólitos secundários seja muito grande, são poucas as rotas metabólicas que as produzem. Nas antófitas, mais de 70 genes são reconhecidos como responsáveis pela expressão de proteínas que conferem defesa contra patógenos e predadores. É comum haver numa espécie vegetal mais de um caráter molecular ou morfológico que confira defesa. Os mecanismos de defesa química são considerados os mais eficientes que os morfológicos, porém não há uma relação filogenética clara entre o surgimento de caracteres de defesa química ou morfológica com a evolução das plantas.

Genes responsáveis pela síntese de metabólitos secundários

Presença e localização de genes responsáveis por defesa em plantas de trigo

O arsenal químico vegetal Resinas e látex β - lectinas Alcalóides Compostos cianogênicos Terpenos Taninos Sideróforos Inibidores da divisão celular

Produção de Exudados do tipo resina ou látex Defesa de plantas amazônicas a besouros comedores de madeira. Amazônia - Centro de diversidade de Cerambycidae. Grande número de espécies arbóreas produtoras de látex.

Exudados do tipo látex imobilizam o aparelho bucal de pequenos herbívoros ( efeito de adesão das partes). Resinas inibem / reprimem o metabolismo microbiano no interior do estômago químico de ruminantes Tanto resinas quanto látex podem apresentar características antibióticas.

β - lectinas Subfamília de proteínas altamente tóxicas que se ligam a carboidratos, precipitando-os Provocam a aglutinação de eritrócito e hemócitos, bloqueando a oxigenação dos tecidos de herbívoros Abrus precatorius - a maior concentração de lectinas encontrada na natureza. (RBG toxicology databas, 2007)

Alcalóides Ephedra - fonte de efedrina - um alcalóide que acelera o metabolismo de animais, provocando redução das reservas de lipídeos. (RBG toxicology databas, 2007)

Compostos cianogênicos Os compostos que contém cianeto são tóxicos somente se liberarem HCN numa reação: -CN(s) + HCl(aq) HCN(g) + -Cl(aq) O ácido cianídrico é o veneno de ação mais rápida que e conhece até o momento RBG (Toxicology database, 2007) (RBG toxicology databas, 2007)

Sideróforos São peptídeos não ribossômicos geralmente encontrados em microorganismos e plantas que quelam metais, principalmente Ferro, tornando-o indisponível a outros organismos. O complexo [sideróforo - metal] geralmente é absorvido por transporte ativo por seu organismo gerador. www.kegg.org

Principal componente de óleos aromáticos vegetais Terpenos Principal componente de óleos aromáticos vegetais Ação irritante sobre os epitélios das traqueídes de Dipteros Ação bacteriostática Ação fungistática Sua ação sobre vírus é controversa (RBG toxicology databas, 2007)

Taninos Taninos são polifenóis de sabor adistringente que ligam-se a proteínas precipitando-as. Quando em altas concentrações elevam o pH dos tecidos vegetais, controlando a herbivoria, o parasitismo e a instalação de patógenos nos tecidos das plantas

Inibidores da divisão celular Vincristina Vimblastina Colchicina Taxol (RBG toxicology databas, 2007)

Interações do tipo Fenótipo Expandido

A presença do fungo endofítico faz com que a planta mantenha rotas metabólicas de defesa sejam mantidas constantemente ativas. O que confere maior resistência a infestações e a herbivoria.

Fungos Endofíticos / Entomopatogênicos / Micotóxicos Fonte: Wellington L. Araújo (2007) Bacillus subtilis - endofítico produtor de antibiótico com ação contra o fungo fitopatogênico Rhizoctonia solani. Actinomiceto crescendo a partir de ramos de citros desinfetados superficialmente. Levedura endofítica - Cryptococcus lamentii - em estômato de citros