Hormonios e Reguladores de Crescimento Vegetal - Introducao e Conceitos

UNIDADE IX HORMÔNIOS E REGULADORES DE CRESCIMENTO 215 HORMÔNIOS E REGULADORES DE CRESCIMENTO PARTE I INFORMAÇÕES GERAIS 1 INTRODUÇÃO As plantas são organismos multicelulares complexos necessitando para o seu desenvolvimento ordenado um eficiente meio de comunicação entre os órgãos tecidos e células via simplasto eou apoplasto Para coordenar suas atividades as células da planta devem ser capazes de se comunicar frequentemente a diferentes distâncias entre órgãos por exemplo Os principais meios de comunicação intercelular são os hormônios mensageiros químicos primários que carregam a informação entre células e desta forma coordenam o seu crescimento e desenvolvimento Estudos realizados durante o último século têm mostrado que o desenvolvimento da planta é regulado por cinco principais classes de hormônios auxinas giberelinas citocininas etileno e ácido abscísico Figura 1 Moléculas receptoras específicas correspondentes para cada um dos hormônios de planta estão presentes nas células alvo onde o hormônio vai atuar e a ligação hormônioreceptor parece desencadear as respostas Dentre estas classes de hormônios algumas promovem enquanto outras inibem vários aspectos do desenvolvimento da planta podendo as mesmas atuar sozinhas ou em conjunto balanço hormonal Figura 1 Estrutura dos cinco hormônios clássicos de plantas Kende Zeevaart 1997 216 2 CONCEITOS DE HORMÔNIO E DE REGULADORES DE CRESCIMENTO De acordo com a maioria dos fisiologistas de plantas o Hormônio de planta também chamado de Fitohormônio é um composto orgânico sintetizado em uma parte da planta e translocado para outra parte onde em baixa concentração causa uma resposta fisiológica promoção ou inibição Para esclarecer esse conceito precisamos fazer as seguintes considerações Como os hormônios devem ser sintetizados pelas plantas nutrientes inorgânicos como Ca2 e K que causam importantes respostas nas plantas não são considerados hormônios A definição também estabelece que o hormônio deve ser translocado na planta No entanto isso não significa que o hormônio não possa causar alguma resposta na célula onde ele é produzido Os hormônios são geralmente efetivos em concentrações em torno de 10 µM Muitas outras substâncias orgânicas sintetizadas pelas plantas como sacarose aminoácidos ácidos orgânicos vitaminas etc não se incluem no conceito de hormônio pois são encontradas em elevadas concentrações nas plantas 10 a 50 mM O termo Regulador de Crescimento é normalmente empregado para compostos naturais fitohormônio e substâncias naturais de crescimento ou sintéticos hormônio sintético e regulador sintético que exibem atividade no controle do crescimento e desenvolvimento da planta 3 IDENTIFICAÇÃO DE HORMÔNIOS Os métodos utilizados para identificar os hormônios podem ser agrupados em três categorias Bioensaios Análise Instrumental e Imunoensaios a Bioensaios A atividade biológica de hormônios ou de extratos de plantas é comumente testada pela aplicação deles a sistemas vegetais em que se conhece a resposta para aquela classe particular de hormônio Esses testes são conhecidos como Bioensaios Portanto bioensaio é a medida do efeito de uma substância biologicamente ativa conhecida ou não em material vivo cuja resposta é conhecida e é proporcional à concentração Por décadas os bioensaios foram os principais meios se não os únicos para obtenção de informações quantitativas e qualitativas à cerca dos hormônios Para que um bioensaio seja útil ele precisa atender três principais critérios O sistema deve responder especificamente àquele hormônio ou classe de hormônio A resposta deve ser verificada em baixas concentrações do hormônio A magnitude da resposta deve oferecer um relacionamento quantitativo com a concentração do hormônio O bioensaio precisa ser escolhido de acordo com a substância que está sendo estudada Assim se estivermos estudando giberelinas precisamos utilizar um teste específico para 217 giberelinas Além disso toda vez que um extrato vegetal é testado devese montar uma curvapadrão com doses conhecidas da substância padrão por exemplo ácido giberélico A figura 2 ilustra um bioensaio típico que relaciona a concentração de auxina AIA ácido indol acético com o crescimento de segmentos de caule de ervilha Note que o crescimento aumenta com o aumento da concentração de AIA atingindo um ótimo Concentrações acima do ótimo resultam na redução da taxa de crescimento ou seja se a concentração de auxina for muito alta pode ocorrer inibição do crescimento Quando este teste é usado para determinar a quantidade de auxinas em um extrato vegetal devese trabalhar na faixa em que a resposta é linear observe no gráfico que o crescimento é linear quando as concentrações estão na faixa de zero a 01 mg L1 de AIA Figura 2 Bioensaio relacionando a concentração de auxinas com o crescimento no escuro de seções de caules de ervilha Hopkins 2000 Alguns outros exemplos de bioensaios o teste da curvatura do coleópilo auxinas o teste do milho anão giberelinas o teste de preservação da clorofila citocininas o teste do fechamento estomático ácido abscísico estiolamento de plantas de ervilha etileno etc Para maiores detalhes consulte o livro do FERRI 1985 O uso de bioensaios para testar a atividade de hormônios continua sendo ainda uma alternativa viável No entanto os avanços na análise instrumental e na imunoquímica têm substituído quase totalmente os bioensaios na análise de rotina b Análise Instrumental Na segunda metade do Século XX o desenvolvimento da química analítica e da análise instrumental permitiu aos investigadores obter maiores avanços na pesquisa com hormônios de planta Para se ter uma idéia até o final da década de 1950 não havia técnicas seguras para quantificar o hormônio gasoso etileno Técnicas físicoquímicas tais como HPLC cromatografia líquida de alta performance e cromatografia gasosa em conjunto com a espectrometria de massa GC MS têm tornado possível a análise quantitativa de hormônios inclusive do etileno com velocidade sensibilidade e precisão Consultar Davies 1988 218 c Imunoensaios Outra técnica que tem ganhado considerável importância para a análise de hormônio é o imunoensaio incluindo Radioimunoensaio e o teste ELISA Imunoensaios disponíveis para os quatro grupos de hormônios não gasosos auxinas giberelinas citocininas e ácido abscísico empregam anticorpos produzidos em animais como ratos que reagem com o hormônio antígeno A quantificação pode ser feita pela diferença na radioatividade do precipitado entre um controle e a amostra desconhecida Radioimunoensaio No caso do teste ELISA uma enzima a fosfatase alcalina é ligada ao anticorpo e a reação da enzima é usada para quantificar o imunoprecipitado Consultar Davies 1988 OBS Os métodos de quantificação de hormônios principalmente os mais modernos requerem extração com solventes específicos e uma purificação parcial 4 MECANISMO GERAL DE AÇÃO DOS HORMÔNIOS A seqüência de eventos iniciada pelos hormônios pode geralmente ser apresentada em três estágios Figura 3 a percepção do sinal a via de transdução e amplificação do sinal e a resposta final Figura 3 Um modelo para a ação de hormônios de plantas Hopkins 2000 219 a A percepção do sinal O Sinal a que nos referimos pode ser alguma mudança no ambiente alteração na umidade do solo na temperatura do ar na concentração de íons respostas à luz etc ou no desenvolvimento da planta germinação ou dormência passagem do desenvolvimento vegetativo para o reprodutivo formação de sementes e frutos senescência queda de folhas amadurecimento de frutos etc Estes sinais podem induzir a produção de hormônios A percepção do sinal envolve a reação do hormônio com o receptor O hormônio de planta pode difundirse de célula para célula através do simplasto ou do apoplasto Em cada evento a célula destinada a responder ao hormônio conhecida como célula alvo deve ser capaz de detectar a presença do hormônio o que é feito através de receptores A detecção é acompanhada pela interação entre o hormônio e o receptor celular o qual é específico para o hormônio e característico da célula alvo Estes receptores são glicoproteínas que se ligam reversivelmente com o hormônio A formação do complexo ativo hormônioreceptor completa o estágio de percepção do sinal b Transdução e Amplificação do Sinal Nesse estágio o complexo ativo hormônioreceptor inicia uma cascata de eventos bioquímicosmoleculares que finalmente levam à resposta final Nesse ponto é importante distinguir duas classes de mensageiros O hormônio é considerado um Mensageiro Primário por que ele identifica e inicia a mensagem original na superfície celular Outras moléculas de sinalização Ca2 Inositol trifosfato IP3 AMP cíclico etc são considerados Mensageiros Secundários Estes mensageiros secundários providenciam a amplificação do sinal original identificado pelo hormônio iniciando assim uma ou mais vias de transdução de sinal Um exemplo a raiz percebe a redução na umidade no solo SINAL produzindo o hormônio ácido abscísico ABA mensageiro primário ABA é translocado para as folhas onde altera a concentração de mensageiros secundários Ca2 e IP3 no citosol das célulasguardas Esses mensageiros secundários vão amplificar o sinal através de três vias específicas as quais produzem o fechamento estomático Resposta Final c A Resposta Final A resposta de cada célula para sinais identificados pelos hormônios depende de dois principais fatores 1 seu programa de desenvolvimento isto é os tipos de genes que estão sendo expressos no tempo de exposição ao sinal 2 a concentração de outras moléculas de sinalização mensageiros secundários Dependendo da velocidade da resposta as vias de transdução de sinal podem provocar ou não alterações na expressão gênica Em alguns casos a resposta envolve alteração na atividade de enzimas préexistentes ou na abertura de canais de íons Em outros casos a resposta envolve a ativação ou inibição de fatores de transcrição os quais alteram a expressão gênica Os resultados mais recentes sobre o modo de ação dos hormônios inclusive para respostas específicas serão descritas posteriormente 220 PARTE II INFORMAÇÕES ESPECÍFICAS SOBRE AS PRINCIPAIS CLASSES DE HORMÔNIOS 1 AUXINAS HORMÔNIO DO CRESCIMENTO 11A Descoberta Os estudos desenvolvidos por Went 1926 demonstraram inequivocamente que a curvatura do coleópilo folhas modificadas que cobrem a parte aérea de gramíneas na fase inicial do estabelecimento da plântula e consequentemente o seu crescimento em resposta à luz era influenciado por uma substância química produzida no ápice do coleóptilo Figura 4 Essa substância era transportada lateralmente para o lado sombreado onde ocorria o maior crescimento Essa substância se enquadrava perfeitamente no conceito de hormônio visto que ela era produzida em um local e transportada em mínimas quantidades para o seu sítio de ação Visto que essa substância promovia o alongamento do tecido do coleóptilo F Kölg e outros denominaram o composto de Went de AUXINA do grego auxein que significa crescer to increase to growth Figura 4 Estudos realizados por Went demonstrando a relação entre a curvatura do coleóptilo e a concentração de AIA no lado sombreado Hopkins 1998 Na década de 1930 dois grupos de pesquisadores F Kölg e A J HaagenSmith na Holanda e K V Thimann nos Estados Unidos identificaram a auxina como sendo o Ácido Indol3Acético AIA Posteriormente outras auxinas naturais foram descobertas Ácido FenilAcético e Ácido 4Cl Indol3Acético porém o AIA é de longe a mais abundante e 01 02 03 04 0 5 15 10 20 IAA Concentration mg L1 Curvature degrees 01 02 03 04 0 5 15 10 20 IAA Concentration mg L1 Curvature degrees mais relevante do ponto de vista fisiológico Figura 5 Em face da estrutura relativamente simples do AIA IAA na figura os laboratórios foram capazes de sintetizar várias moléculas com atividade de auxina as quais são conhecidas como auxinas sintéticas Ácido Indol3Propílico AIP ou IPA Ácido Naftaleno Acético ANA ou NAA Ácido 24 diclorofenoxiacético 24 D dentre outros Figura 5 Estruturas de auxinas naturais A e de algumas auxinas sintéticas B Taiz Zeiger 1998 A definição inicial de auxina incluía todas as substâncias naturais e sintéticas que estimulavam o alongamento em coleóptilos e seções de caules No entanto sabese hoje que as auxinas afetam muitos outros processos na planta Em face disso Cleland 1996 recomendou a seguinte definição para auxinas Um composto que tem um espectro de atividades biológicas similar porém não necessariamente idêntico àquele do AIA Isto inclui a habilidade para Induzir o alongamento em coleóptilos isolados ou seções de caules Induzir divisão celular em tecidos de callus na presença de citocininas Promover a formação de raízes laterais em superfícies cortadas de caules Induzir o crescimento de frutos partenocárpicos Induzir a produção de etileno Embora a estrutura das auxinas ativas sejam quimicamente diversas uma comparação destas em pH neutro revela que todas as estruturas possuem uma carga negativa forte no grupo carboxílico da cadeia de carbono e uma carga positiva fraca na estrutura do anel Estas cargas são sempre separadas por uma distância de 05 nm independente do tipo de auxina Figura 6 Esta separação de carga pode ser um requerimento estrutural essencial para que a molécula tenha atividade de auxina 221 222 Figura 6 Formas dissociadas de auxinas naturais e sintéticas mostrando a separação de cargas nas moléculas Taiz Zeiger 1998 Alguns compostos sintéticos por exemplo o Ácido αpclorofenoxi Isobutírico PCIB atuam inibindo substancialmente os efeitos das auxinas Estes compostos são conhecidos como ANTIAUXINAS e quando aplicados à planta podem competir com o AIA pelos sítios de ligação dos receptores específicos inibindo a ação normal da auxina Esta inibição pode ser corrigida pela adição de AIA em excesso indicando que auxinas e antiauxinas competem pelos sítios de ligação aos receptores 12 Ocorrência e Metabolismo do AIA O AIA é de ocorrência bastante ampla no reino vegetal Ela ocorre principalmente em órgãos que estão crescendo ativamente tais como meristemas apicais da parte aérea folhas jovens e frutos em desenvolvimento e são os sítios primários da síntese de AIA Embora o AIA possa ser produzido também em folhas maduras e nos ápices radiculares o nível de produção nesses tecidos é usualmente baixo O AIA é estruturalmente relacionado ao aminoácido triptofano e estudos iniciais sobre a biossíntese de AIA foram focalizados tendo o triptofano como o provável precursor A partir desses estudos quatro vias de síntese de AIA dependentes de triptofano foram identificadas em plantas e bactérias Destas a via do Ácido Indol3Pirúvico IPA é provavelmente a mais comum nos vegetais Esta via envolve a desaminação do triptofano para formar o IPA o 223 qual sofre descaboxilação produzindo o Indol3Acetaldeído Este é finalmente oxidado por uma desidrogenase específica produzindo o AIA Figura 7 Figura 7 Biossíntese de AIA a partir do triptofano Taiz Zeiger 1998 Em adição a estas vias dependentes de triptofano estudos com mutantes têm evidenciado que as plantas podem também sintetizar AIA por uma via independente do triptofano Um desses estudos foi conduzido com um mutante de milho orp o qual apresenta mutações nos genes que codificam as subunidades da enzima que catalisa a etapa final da biossíntese de triptofano a sintase do triptofano O mutante orp requer aplicação exógena de triptofano para sobreviver No entanto o mutante é incapaz de converter triptofano em AIA mesmo quando o triptofano é oferecido em altas concentrações A despeito do bloqueio da biossíntese de triptofano o mutante orp contém um montante de AIA que é cerca de 50 vezes maior do que o da planta tipo selvagem que não sofreu mutação e portanto sintetiza o triptofano normalmente Essa é uma clara evidência para a existência de vias de biossíntese de AIA independentes do triptofano Estudos posteriores com mutantes de Arabidopsis e de tomate que também eram incapazes de sintetizar triptofano estabeleceram que o ponto de ramificação para a biossíntese de AIA sem passar pelo triptofano é o Indol ou seu precursor Indol3Glicerol Fosfato 224 Embora o AIA na forma livre seja a forma biologicamente ativa do hormônio a maioria de auxinas em plantas é encontrada na forma conjugada em um estado covalentemente ligada Estas auxinas conjugadas têm sido identificadas em todas as plantas superiores e são geralmente inativas O AIA forma conjugados com compostos de baixa massa molecular glicose mioinositol e amidas e de alta massa molecular glicoproteínas Como já comentamos anteriormente a maior concentração de auxinas livre nas plantas é encontrada nos meristemas apicais da parte aérea folhas jovens e frutos em desenvolvimento visto que eles são os sítios primários da síntese de auxinas No entanto como a auxina é amplamente distribuída na planta o metabolismo do AIA conjugado pode contribuir na regulação dos níveis de auxina livre Por exemplo durante a germinação de sementes de milho o conjugado AIAmioinositol é translocado do endosperma para o coleóptilo via floema e parte do AIA livre produzido no coleóptilo pode derivar da hidrólise desse AIA conjugado Como a biossíntese a degradação enzimática de AIA parece envolver mais de uma via Uma dessas vias pode envolver a oxidação do AIA por enzimas peroxidases produzindo o 3 metilenooxidol via descarboxilação No entanto um processo de oxidação sem que ocorra descaboxilação parece ser a principal via de degradação do AIA a qual produz o Ácido Oxidol3Acético Assim o pool de AIA no citosol é metabolisado tanto via conjugação como pelo catabolismo puramente oxidativo sem descarboxilação O pool de AIA nos cloroplastos é protegido desses processos sendo regulado pela quantidade de AIA no citosol com o qual ele está em equilíbrio 13 Transporte de AIA Há mais de 50 anos foi descoberto que em seções de coleóptilos isolados o AIA move se preferencialmente do ápice para a base basipetalmente Esse tipo de transporte tem sido chamado de TRANSPORTE POLAR BASÍPETO A auxina é o único fitohormônio que é transportado desta forma Visto que o ápice da parte aérea serve como a principal fonte de auxina para a planta inteira o transporte polar contribui para a formação de um gradiente decrescente de auxina da parte aérea para as raízes Esse gradiente longitudinal de auxina parece controlar alguns processos na planta incluindo o alongamento do caule a dominância apical a cicatrização de ferimentos e a senescência de folhas A elucidação do mecanismo quimiosmótico para o transporte de solutos na década de 1960 Mitchel permitiu a criação de um modelo para explicar o transporte polar de auxinas Figura 8 A primeira etapa no transporte polar é o influxo da auxina 1 Esta absorção pode ser passiva ou ativa Essa dupla possibilidade depende fortemente do pH do apoplasto A forma não dissociada do AIA AIAH na qual o grupo carboxílico está protonado é lipofílica e difundese livremente através da bicamada lipídica Visto que a HATPase da membrana plasmática mantém normalmente a solução na parede celular apoplasto com pH em torno de 50 cerca de metade das moléculas de AIA que tem pKa 475 no apoplasto poderá estar na forma não dissociada e portanto poderá difundirse passivamente para dentro da célula a favor do seu gradiente de concentração O restante da auxina na forma dissociada AIA é absorvida ativamente via um transporte ativo secundário cotransporte mediado por um simporte AIA1 2 H Uma vez que auxina entra no citosol o qual tem um pH em torno de 72 quase todo o AIA poderá estar na forma dissociada AIA1 Esse AIA dissociado deixa a célula efluxo 2 via um carreador que utiliza a diferença de potencial de membrana que é negativo dentro da célula Uma feição crucial desse modelo é que o efluxo de AIA1 ocorre preferencialmente na membrana basal de cada célula onde o carreador de efluxo de AIA parece estar localizado 225 De acordo com esse modelo a repetição da absorção influxo de AIA na parte apical da célula 1 e a preferencial saída efluxo na base de cada célula 2 garante a ocorrência do transporte polar Figura 8 Modelo quimiosmótico para o transporte polar de auxinas Taiz Zeiger 1998 Por outro lado o AIA que é sintetizado nas folhas maduras parece ser transportado para o resto da planta via floema Nesse transporte a auxina pode moverse em diferentes direções e em velocidades muito maiores do que aquelas observadas no transporte polar Algumas evidências sugerem que o transporte de auxinas a longa distância via floema é importante para controlar alguns processos como a divisão nas células do câmbio vascular e a formação de raízes laterais Em algumas situações o AIA na forma conjugada parece ser transportado via floema para as regiões de crescimento Do exposto acima vêse que o nível de AIA livre no citosol é determinado por alguns processos interconectados Figura 9 A soma total desses processos em um dado local na planta determina a quantidade de AIA livre disponível para a célula 226 Figura 9 Fatores que influenciam os níveis de AIA livre representada pelo ácido indol acético AIA ou IAA em células de plantas Taiz Zeiger 1998 14 Papel Fisiológico aAlongamento celular O constante suprimento de auxinas para a região subapical do caule ou do coleóptilo é requerido para o continuado alongamento das células A relação entre auxinas e o controle do crescimento em alongamento da raiz tem sido bem mais difícil de demonstrar Originalmente foi proposto que respostas de raízes e da parte aérea às auxinas eram similares exceto que a concentração ótima de auxina é muito menor nas raízes Assim o crescimento da raiz seria fortemente inibido pela auxina em concentrações que promovem alongamento em caules e em coleóptilos Esta inibição do crescimento pode estar associada ao estímulo na síntese de etileno pelas altas concentrações de auxinas Para entendermos o papel das auxinas no alongamento celular devemos inicialmente recordar que a expansão da célula vegetal ocorre de acordo com a seguinte equação Taxa de Crescimento m Ψp Y Em que m extensibilidade da parede celular Ψp potencial de turgescência e Y potencial de turgescência limite para que ocorra o crescimento Primeiramente para que ocorra o crescimento a célula deve absorver água através da membrana plasmática o que é impulsionado pelo gradiente de potencial hídrico o potencial hídrico no interior da célula é menor que no meio externo ou no apoplasto A entrada de água IAA Tryptophandependent biosynthesis Tryptophanindependent biosynthesis Transport Compartimentation in chloroplast Oxidation Descarboxylation Conjugation IAA Tryptophandependent biosynthesis Tryptophanindependent biosynthesis Transport Compartimentation in chloroplast Oxidation Descarboxylation Conjugation 227 na célula produz um aumento no potencial de turgescência que atua sobre a parede celular Quando o valor de Ψp supera a pressão limite Y a parede se distende e a célula cresce Alternativamente alterações nos valores de m extensibilidade da parede celular podem alterar os valores de Y Células com paredes mais extensíveis crescem com maior facilidade Muitas evidências indicam que a auxina causa um aumento na extensibilidade da parede m ou seja na presença de auxina a parede celular se distende mais facilmente e consequentemente a célula se expande A hipótese aceita para explicar o efeito da auxina no alongamento celular é conhecida como HIPÓTESE DO CRESCIMENTO ÁCIDO Esta hipótese estabelece que a auxina causa um aumento no efluxo de H com conseqüente queda no pH do apoplasto Isto ativa inicialmente as expansinas grupo de proteínas que atuam quebrando a spontes de hidrogênio das ligações cruzadas entre as microfibrilas de celulose e as hemiceluloses Após outras enzimas são ativadas hidrolases pectinases celulases e hemicelulases que podem atuar sobre os componentes da parede celular provocando seu afrouxamento e aumentando sua extensibilidade De acordo com essa hipótese a auxina poderia aumentar a taxa de efluxo de H através da membrana plasmática agindo sobre os seguintes processos aumentando a atividade da H ATPase ou aumentando a síntese da HATPase Evidências para ambos os mecanismos têm sido obtidas Figura 10 Figura 10 Modelo atual de extrusão de H induzido pelo AIA Em muitas plantas os dois mecanismos podem ocorrer Independente de como o bombeamento de H seja aumentado o afrouxamento da parede induzido pela acidez é mediado pelas expansinas Taiz Zeiger 1998 É importante destacar que a acidificação da parede celular não é a única maneira pela qual a auxina induz o alongamento de células de plantas A auxina deve afetar outros importantes processos relacionados ao crescimento celular tais como absorção e produção de solutos osmóticos além de controlar o crescimento e a manutenção da estrutura da parede celular A absorção de solutos como já vimos depende em grande parte da atividade da HATPase a qual é induzida pela auxina A auxina também aumenta a atividade de certas enzimas envolvidas na biossíntese de polissacarídeos Esses polissacarídeos podem ser utilizados na síntese de novos materiais da parede celular contribuindo para a continuação do crescimento celular b Tropismo e Nastismos O poder de movimento é geralmente visto como uma característica animal não associado às plantas O movimento em plantas superiores não envolve locomoção como nos animais e também não é muito rápido Em plantas o movimento é geralmente lento porém é o fator chave que determina a orientação da planta no espaço São reconhecidas duas categorias principais de movimento em plantas Movimento de Crescimento são irreversíveis e resultam do crescimento diferencial dentro de um órgão Movimentos por variação de Turgescência são reversíveis resultando de mudanças de volume de certas células mais frequentemente associadas a um órgão especial o pulvino Dentro destas duas categorias podemos distinguir entre NASTISMOS E TROPISMOS NASTISMOS As respostas násticas não apresentam uma direção vetorial em relação ao estímulo A direcionalidade das respostas násticas é determinada ou depende apenas dos tecidos Movimentos Nástricos associados ao crescimento diferencial Epinastia É a curvatura para baixo de um órgão comumente pecíolos e folhas cujos ápices são inclinados para baixo Não se trata de uma resposta à gravidade porém parece estar associada à distribuição diferencial de auxinas entre o lado superior e o inferior do pecíolo o que produz o crescimento diferencial Epinastia é uma resposta comum ao hormônio etileno ou concentrações elevadas de auxinas Isto será mais bem discutido quando falarmos sobre o etileno Hiponastia É a curvatura de órgão principalmente folhas para cima Sua ocorrência é bem menos comum do que a epinastia e parece ser induzida pela giberelinas Movimentos Nástricos associados às mudanças na turgescência das células Nictinásticos do grego nyctos noite nastos fechar São mais típicos de folhas que apresentam uma posição diferente na noite em relação àquela observada durante o dia Tipicamente folhas e folíolos permanecem na posição horizontal ou abertos durante o dia e assumem uma posição mais vertical ou fechada durante a noite Este movimentos nictinásticos dependem de mudanças reversíveis de turgescência nas células do pulvino Estes movimentos nictinásticos parecem estar sob o controle do fitocromo veremos isto na Unidade X Sismonásticos Um limitado número de leguminosas que possuem pulvino e exibem movimento nictinástico também exibem uma resposta a estímulos mecânicos Este 228 229 fenômeno é conhecido como Sismonastia Visto que respostas sismonásticas respondem ao toque elas são algumas vezes consideradas como respostas tigmonásticas movimento em respostas ao toque que envolve mudança de turgescência de células No entanto respostas sismonásticas respondem a uma variedade de estímulos incluindo ventos ferimentos chuvas calor intenso etc A resposta final ou seja o movimento da folha envolve também mudanças na turgescência das células do pulvino O melhor exemplo de resposta sismonástica é encontrado em um arbusto tropical a espécie Mimosa pudica Figura 11 A vantagem de tal mecanismo não é clara Alguns têm sugerido que visto que estas plantas crescem em ambientes áridos ou semiáridos onde constantemente são expostas a ventos secos o enrolamento da folha pode significar uma redução nas perdas de água Outros sugerem que este mecanismo seria uma proteção contra herbívoros ou insetos Apesar destas incertezas uma coisa é certa a resposta é muito rápida Quando o pulvino é estimulado diretamente por exemplo através de um toque o movimento começa em menos de um segundo Figura 11 O movimento sismonástico de plantas de Mimosa pudica Hopkins 2000 TROPISMOS As respostas trópicas ao contrário das respostas násticas estão diretamente associadas a um estímulo isto é elas apresentam uma direção vetorial em relação ao estímulo A resposta pode ocorrer na mesma direção na direção oposta ou em ângulos específicos em relação ao estímulo As respostas trópicas que apresentaremos a seguir parecem estar relacionadas com a redistribuição lateral de auxinas TIGMOTROPISMO Um tipo de tropismo é o Tigmotropismo ou crescimento em resposta a um toque O tigmotropismo permite o crescimento de raízes em torno de rochas e é também responsável pela habilidade da parte aérea de plantas trepadeiras para se desenvolver em torno de estruturas de suporte FOTOTROPISMO Fototropismo ou crescimento em relação à luz é expresso em toda a parte aérea e em algumas raízes Ele assegura que as folhas poderão ser supridas com a luz do sol e portanto serão capazes de realizar a fotossíntese De acordo com o clássico modelo Cholodny Went para o fototropismo os ápices de coleóptilos de gramíneas teriam três funções especializadas Produção de AIA livre Percepção do estímulo de luz unilateral Uma Flavoproteína FMN parece ser o fotossensor do fototropismo ela percebe a luz azul fototropina Transporte lateral de AIA em resposta ao estímulo fototrópico Assim em resposta ao estímulo direcional da luz a auxina produzida no ápice ao invés de ser transportada basipetalmente do ápice para a base é transportada lateralmente para o lado sombreado Uma vez que a auxina alcança o lado sombreado ela é transportada basipetalmente para a zona de alongamento onde ela estimula o crescimento da célula A aceleração do crescimento no lado sombreado e a diminuição do crescimento no lado iluminado Figura 12 conhecido como crescimento diferencial produz a curvatura em direção à luz ver Figura 4 Figura 12 O crescimento dos lados sombreado shaded side e iluminado irradiated side de coleóptilos Taiz Zeiger 1998 230 GRAVITROPISMO Gravitropismo crescimento em reposta à gravidade capacita a raiz para crescer para dentro do solo e a parte aérea para crescer para cima contra a ação da gravidade sendo isto especialmente crítico durante os estádios iniciais de germinação e de desenvolvimento da plântula Este alinhamento da planta é conhecido como Ortogravitrópico A raiz primária que cresce para o centro da terra exibe Gravitropismo Positivo A parte aérea que cresce para cima contra a ação da gravidade exibe Gravitropismo Negativo Alguns órgãos tais como estolões rizomas e alguns ramos laterais os quais crescem formando um ângulo reto em relação à força da gravidade são denominados de Diagravitrópicos Órgãos orientados em ângulos intermediários 0 a 90º em relação à força da gravidade são denominados Plagiogravitrópicos Ramos e raízes laterais são geralmente Plagiogravitrópicos Figura 13 Figura 13 Diagrama ilustrando as respostas gravitrópicas de raízes e de partes aéreas Hopkins 2000 OBS Algumas raízes de plantas de mangue apresentam gravitropismo negativo Estas raízes são conhecidas como pneumatóforos as quais servem para trocas gasosas nestes ambientes alagados Na parte aérea gravitropismo negativo a bainha amilífera camada de células que circunda o tecido vascular de caules e ramos parece perceber o estímulo da gravidade Nas raízes gravitropismo positivo os sensores da gravidade são amiloplastos compartimentos 231 232 celulares ricos em amido que nesse caso são conhecidos como Estatólitos Esses grandes amiloplastos estatólitos são localizados nos estatócitos no cilindro central ou na coifa da raiz Em uma raiz colocada na posição horizontal os estatolitos sedimentam por ação da gravidade no lado inferior das células da coifa e dirigem o transporte polar de auxina para o lado inferior da coifa Figura 14 A maioria da auxina na coifa é então transportada basipetalmente do ápice da raiz para a base no lado inferior da raiz A alta concentração de auxinas no lado inferior da raiz inibe o crescimento neste lado enquanto o decréscimo na concentração de auxina no lado superior estimula o crescimento neste lado Como resultado desse crescimento diferencial a raiz curva para baixo Figura 14 Um modelo para a redistribuição de auxinas durante o gravitropismo em raízes de milho Taiz Zeiger 1998 c Dominância apical Na maioria das plantas superiores o crescimento da gema apical inibe o crescimento das gemas axilares um fenômeno conhecido como Dominância Apical Há mais de 60 anos foi mostrado que o AIA poderia substituir a gema apical mantendo a inibição do crescimento das gemas laterais Este e outros resultados levaram à hipótese de que o crescimento das gemas laterais seria inibido pela auxina transportada basipetalmente desde a gema apical No entanto ao contrário do que se poderia esperar a retirada do ápice e concomitante quebra da dominância apical foi acompanhada de aumento na concentração de auxinas nas gemas laterais Este resultado indica que a dominância apical não seria um efeito direto da auxina na inibição do crescimento da gema lateral Alguns resultados mostram que outros hormônios parecem estar envolvidos com a dominância apical Por exemplo boa correlação entre o nível de citocininas e o crescimento de gemas laterais tem sido verificada A retirada do ápice aumenta o acúmulo de citocininas na gema axilar e aplicação de auxinas na região apical decapitada reduz esse acúmulo Assim a auxina parece tornar o ápice da parte aérea um forte dreno para a citocinina proveniente das raízes e isto poderia ser um fator envolvido na dominância apical Além disso remoção do ápice provoca redução nos níveis de ácido abscísico ABA um inibidor do crescimento da parte aérea nas gema laterais Assim altos níveis de AIA na região apical da parte aérea podem atuar mantendo altos níveis de ABA nas gemas laterais inibindo o crescimento de tais gemas e favorecendo a dominância apical d Formação de raízes laterais e adventícias Embora o alongamento da raiz seja inibido por concentrações de auxinas maiores que 108 M a iniciação de raízes laterais e adventícias é estimulada por altos níveis de auxinas Com base em alguns estudos os pesquisadores acreditam que o AIA é requerido para pelo menos duas etapas na formação de raízes laterais AIA transportado no floema é requerido para iniciar a divisão celular nas células do câmbio vascular Além disso o AIA é requerido para promover a divisão celular e a manutenção da viabilidade celular nas raízes laterais em desenvolvimento Do ponto de vista prático soluções de auxinas podem ser utilizadas para induzir a formação de raízes adventícias em pedaços de caules e de folhas Como veremos quando estudarmos as CITOCININAS a formação de raízes e de parte aérea em cultura de tecidos depende da relação auxinascitocininas e Abs cisão foliar A queda de folhas flores e frutos de plantas vivas é conhecida como ABSCISÃO A abscisão ocorre em uma região conhecida como ZONA DE ABSCISÃO localizada próxima à base do pecíolo pedicelo ou pedúnculo O AIA é conhecido como retardante do processo de abscisão nos estágios iniciais e como promotor nos estágios finais Os níveis de auxinas são altos nas folhas jovens decrescem progressivamente com a mutação da folha e são relativamente baixos nas folhas senescentes Durante os estágios iniciais de abscisão foliar aplicação de AIA inibe a queda No entanto aplicação de auxinas nos estágios posteriores aceleram o processo de abscisão Esta aceleração na abscisão parece estar associada à indução na biossíntese de etileno pelo AIA sendo o etileno o agente ativo que promove a queda de folhas Veremos isso com mais detalhes quando estudarmos o ETILENO f Desenvolvimento de frutos Várias evidências sugerem que a auxina está envolvida na regulação do desenvolvimento do fruto A auxina é produzida no pólen no endosperma e no embrião de 233 234 sementes em desenvolvimento Acreditase que o estímulo inicial para o desenvolvimento do fruto resulta da polinização Havendo sucesso na polinização iniciase o crescimento do óvulo um processo conhecido como Estabelecimento do Fruto Após a fertilização o crescimento do fruto pode depender da auxina produzida nas sementes em desenvolvimento Em algumas espécies frutos sem sementes podem ser produzidos naturalmente ou podese induzir a produção desses frutos nessas espécies pelo tratamento de flores não polinizadas com auxinas Esta produção de frutos sem sementes é conhecida como Partenocarpia A Auxina parece induzir primariamente o estabelecimento do fruto O desenvolvimento do fruto parece envolver também outros hormônios Por exemplo o etileno pode influenciar o desenvolvimento de muitos frutos e alguns efeitos da auxina na frutificação podem ser mediados pela promoção da síntese de etileno As auxinas também participam na regulação do desenvolvimento de gemas florais e juntamente com as citocininas induzem a diferenciação vascular d Usos comerciais de auxinas sintéticas As auxinas sintéticas têm sido usadas amplamente na agricultura e na horticultura há mais de 50 anos As utilidades iniciais incluíam enraizamento de pedaços de caules para propagação vegetativa de plantas promoção do florescimento em abacaxi prevenção da queda de flores e de frutos indução da formação de frutos partenocárpicos etc Hoje adicionalmente auxinas são amplamente usadas como herbicidas 24 D Dicamba Em geral as auxinas sintéticas são mais eficientes do que as auxinas naturais por que elas são metabolizadas pelas plantas em uma menor taxa do que as auxinas naturais 15 Mecanismo de Ação A despeito da diversidade dos efeitos das auxinas sobre o desenvolvimento da planta os eventos primários parecem ser similares em todos os casos como mostrado anteriormente Figura 3 percepção do sinal formação do complexo auxinareceptor transdução e amplificação do sinal mensageiros secundários e finalmente a resposta final Estudos recentes têm mostrado que uma proteína ABP1 auxin binding protein é uma forte candidata a ser o receptor para a auxina Este receptor ABP1 tem sido encontrado primariamente no lúmen do retículo endoplasmático porém acreditase que ele seja ativo na superfície celular Isto é ele seria sintetizado no retículo e depois transportado para a membrana plasmática onde seria ativo Estudos das vias de transdução e amplificação de sinais envolvidas na ação de auxinas na promoção da divisão celular têm implicado AMP cíclico como um possível intermediário na via de sinalização Outros possíveis sinais intermediários envolvidos nas respostas dependentes de auxinas incluem o Ca2 citosólico e o pH intracelular Estas informações indicam que a ligação auxinareceptor envolvida na percepção do sinal altera as concentrações de AMP cíclico e de Ca2 citosólico e o pH intracelular Estes mensageiros secundários amplificam o sinal original afetando a atividade de enzimas ou a própria expressão gênica Acreditase que as respostas às auxinas envolve tanto mudanças na atividade de proteínas enzimas canais de íons etc como na expressão gênica Por exemplo o efluxo de H induzidos por auxinas parece depender da direta ativação da HATPase e do aumento na síntese do mRNA que codifica esta proteína da membrana plasmática 235 ESTUDO DIRIGIDO No 08 UNIDADE HORMÔNIOS E REGULADORES DE CRESCIMENTO ASSUNTO INFORMAÇÕES GERAIS E AUXINAS 1 Cite as cinco principais classes de hormônios vegetais Comente sobre suas estruturas químicas 2 Quais os conceitos de hormônios e de reguladores de crescimento 3 Cite os métodos para identificar e quantificar os hormônios de planta 4 Descreva o mecanismo geral de ação dos hormônios 5 Quais as principais auxinas naturais e sintéticas 6 Quais o requerimento estrutural essencial para que um composto tenha atividade auxínica segundo as pesquisas atuais 7 Descreva a biossíntese do ácido indol acético AIA a partir do triptofano e comente as pesquisas que mostram que o AIA pode ser formado por via independente do triptofano 8 Qual o efeito de auxinas nos seguintes processos Crescimento de caules e de raízes Indução de raízes laterais Dominância apical Desenvolvimento de frutos 9 O que você entende por tropismo e nastismo Cite os principais tipos de respostas trópicas e násticas 10 Explique o papel das auxinas no fototropismo 11 Explique o papel das auxinas no gravitropismo 236 2 GIBERELINAS REGULADORES DA ALTURA DAS PLANTAS 21 A Descoberta Na década de 1930 cientistas japoneses obtiveram cristais impuros de dois compostos ativos do fungo Giberella fujikuroi o qual causava uma doença em plantas de arroz caracterizada pelo crescimento excessivo do talo responsável pelo acamamento e consequentete eliminação da produção de sementes A estes compostos foi dado o nome de giberelina A e B Na década de 1950 pesquisadores norteamericanos e ingleses elucidaram a estrutura do material purificado do fungo o qual foi nomeado de ácido giberélico GA3 No entanto somente no final da década de 1950 é que Jake McMillan na Inglaterra conclusivamente identificou uma giberelina em uma planta superior A medida que as giberelinas de fungos e de plantas foram sendo caracterizadas elas foram numeradas como giberelina GAX sendo o X o número de ordem de descobrimento a primeira que foi descoberta recebeu o nome de GA1 a segunda de GA2 e assim por diante Assim o número da giberelina é simplesmente um meio para evitar o caos na nomenclatura de giberelinas não significando nenhuma similaridade química ou relacionamento metabólico Atualmente cerca de 125 giberelinas são conhecidas as quais têm estrutura baseada no esqueleto entgiberelano Algumas giberelinas possuem 20 átomos de carbono enquanto outras possuem 19 átomos de carbono tendo estas últimas perdido um carbono durante a sua formação Algumas características como a localização de um grupo hidroxila na molécula e sua estereoquímica têm forte ligação com sua atividade metabólica Por exemplo hidroxilação na configuração β no carbono dois sempre elimina a atividade biológica Também a despeito do grande número de giberelinas presentes em plantas análises genéticas têm demonstrado que somente umas poucas são biologicamente ativas como hormônio Todas as outras servem como precursores ou representam formas inativadas As giberelinas são associadas mais freqüentemente com a promoção do crescimento do caule e a aplicação de GAs em plantas intactas pode induzir um marcante aumento na altura da planta Como poderá ser visto as GAs executam importantes papéis em uma variedade de fenômenos fisiológicos 22 Ocorrência Metabolismo e Transporte As giberelinas GAs são amplamente distribuídas no reino vegetal Elas estão presentes em toda a planta podendo ser detectadas em folhas caules sementes embriões e pólens As giberelinas constituem uma grande família de ácidos diterpênicos e são sintetizadas por um ramo da via dos terpenóides Um terpenóide é um composto feito pela junção de unidades de 5 carbonos o isopreno Giberelinas são diterpenóides tetracíclicos formados por quatro unidades isoprenóides A unidade biológica ativa de isopreno é o Isopentenil Difosfato IPP O IPP utilizado para a biossíntese de terpenóides é formado através de duas vias distintas uma via dependente do Ácido Mevalônico que ocorre no citosol e está envolvida primariamente na biossíntese de H3C H2C CH CH2 C 237 esteróis a outra via que é independente do ácido mevalônico é localizada nos plastídios e leva à síntese de carotenóides e compostos relacionados No plastídio o IPP é sintetizado a partir de piruvato e de 3fosfoglicerato e não do ácido mevalônico Visto que as etapas iniciais da biossíntese de GAs ocorrem nos proplastídios o IPP usado na sua biossíntese pode ser derivado da via independente do ácido mevalônico Independente da origem do IPP as próximas etapas são comuns às vias citosólica e plastídial da biossíntese de terpenos as unidades de isopreno IPP são adicionadas sucessivamente para produzir GeranilDifosfato 10 átomos de carbono FarnesilDifosfato 15 átomos de carbono e GeranilGeranilDifosfato 20 átomos de carbono A biossíntese de GAs ocorre a partir do composto de 20 átomos de carbono geranil geranildifosfato em uma via com três estágios diferentes cada um deles residindo em um diferente compartimento celular Figura 15 Estágio 1 Reação de Ciclização Nesse estágio o composto de 20 átomos de carbono GeranilGeranilDifosfato sofre uma reação de ciclização para formar o entcaureno Figura 14 Esta na realidade é a primeira etapa que é específica para formação de GAs A conversão se processa em duas etapas catalisadas por duas enzimas localizadas nos próplastídios de tecidos meristemáticos da parte aérea Estas enzimas não estão presentes em cloroplastos maduros Compostos tais como AMO1618 Cicocel e Fosfon D são inibidores específicos desse estágio da biossíntese de GAs Estágio 2 Oxidação do entcaureno para formar o GA12aldeído No segundo estágio da biossíntese de GAs um grupo metil do entcaureno é oxidado para ácido carboxílico CH3 CH2OH CHO COOH Em seguida o anel B de seis átomos de carbono muda sua conformação ficando então com cinco carbonos para formar o GA12aldeído Figura 14 Esta é a primeira giberelina formada em todas as plantas sendo desta forma a precursora de todas as GAs Todas as enzimas envolvidas nesse estágio são monooxigenases que utilizam o citocromo P450 em suas reações Esta monooxigenases estão localizadas no retículo endoplasmático RE sugerindo que o substrato entcaureno é transportado do próplastídio para o RE onde ele é convertido para GA12aldeído Compostos como o Paclobutrazol e outros inibidores do citocromo P450 inibem especificamente esse estágio da biossíntese de GAs Estágio 3 Formação das outras GAs a partir da GA12 Na primeira etapa desse estágio GA12aldeído é oxidado para GA12 o grupo CHO é oxidado para COOH a primeira giberelina formada nesse estágio Figura 14 Esta reação pode ser catalisada por uma monooxigenase no RE ou por dioxigenases solúveis no citosol Todas as etapas subsequentes são catalisadas por dioxigenases solúveis no citosol Estas enzimas requerem αcetoglutarato e O2 como cosubstratos e elas usam Fe2 e ascorbato como cofatores Nas reações subsequentes duas mudanças químicas ocorrem na maioria das plantas 1 A hidroxilação do carbono 13 ou 3 2 A sucessiva oxidação do carbono 20 CH3 CH2OH CHO COOH seguida pela perda deste carbono como CO2 A hidroxilação do carbono 13 converte a GA12 para GA53 A GA53 é então convertida para GA19 pela sucessiva oxidação do carbono 20 CH3 CH2OH CHO COOH seguida pela perda do carbono 20 como CO2 para formar a GA20 A GA20 é então convertida para a forma biologicamente ativa GA1 pela β hidroxilação do carbono 3 enzima 3β 238 hidroxilase Finalmente a β hidroxilação do carbono 2 inativa a GA1 produzindo a GA8 Esta hidroxilação pode ocorrer diretamente na GA20 produzindo a GA29 Figura 15 Os três estágios da biossíntese de giberelinas Taiz Zeiger 1998 Stage 1 Cyclization reactions LocationProplastids Enzymes Cyclases InhibitorsQuartenary ammonium and phosphonium compounds AMO1618 Cycocel Phosphon D Stage 2 Oxidations to form GA12aldehyde LocationEndoplasmic reticulum Enzymes P 450 monooxygenases Inhibitors N heterocyclics Paclobutrazol Tetcyclacis Uniconazole Stage 3 Formation of all other GAs from GA12aldehyde Location Cytosol Enzymes Dioxygenases Inhibitors Cyclohexanetriones Stage 1 Cyclization reactions LocationProplastids Enzymes Cyclases InhibitorsQuartenary ammonium and phosphonium compounds AMO1618 Cycocel Phosphon D Stage 2 Oxidations to form GA12aldehyde LocationEndoplasmic reticulum Enzymes P 450 monooxygenases Inhibitors N heterocyclics Paclobutrazol Tetcyclacis Uniconazole Stage 3 Formation of all other GAs from GA12aldehyde Location Cytosol Enzymes Dioxygenases Inhibitors Cyclohexanetriones 239 Inibidores desse terceiro estágio interferem com as enzimas que utilizam o α cetoglutarato como cosubstrato Um desse inibidores o composto próhexadiona BX 112 é especialmente útil pois inibe especificamente a 3βhidroxilase a enzima que converte a forma inativa GA20 para a forma ativa GA1 Diversas observações têm confirmado que dentre as muitas giberelinas cerca de 125 a GA1 é a forma ativa que controla o crescimento do caule No entanto há possibilidade que outras poucas GAs tenham também participações nesse controle Por exemplo a GA3 a qual difere da GA1 somente por ter uma dupla ligação é relativamente rara nas plantas porém parece ser capaz de substituir a GA1 em muitos bioensaios Outras giberelinas como a GA4 têm mostrado atividade em Arabidopsis e Curcubitáceae por exemplo As giberelinas executam um importante papel na mediação dos efeitos de estímulos ambientais sobre o desenvolvimento da planta Fatores ambientais como fotoperíodo e temperatura podem alterar os níveis de giberelinas ativas afetando etapas específicas nas suas biossínteses Em adição evidências recentes indicam que GAs podem regular sua própria biossíntese Feedback Quando as plantas que requerem dias longos para crescer e florescer são transferidas para dias curtos alterações no metabolismo de GAs são observadas Por exemplo plantas de espinafre Spinacea oleracea mantidas sob dias curtos SD short days permanecem na forma de roseta Figura 15 e paralelamente os níveis de GAs ativas são muito baixos Em resposta ao aumento do comprimento do dia LD long days observase após 12 dias um aumento considerável nos níveis de giberelinas ativas e após 14 dias a parte aérea destas plantas começa a alongar Aplicação exógena de giberelinas ativas em plantas mantidas em dias curtos SD GA3 pode também promover o crescimento da parte aérea indicando que a giberelina substitui o estímulo ambiental dias longos Figura 16 Crescimento da parte aérea de plantas de espinafre mantidas em dias curtos SD em dias curtos e tratadas com GA3 SD GA3 e em dias longos LD Taiz Zeiger 1998 240 Trabalhos com plantas de ervilha indicam que as GAs ocorrem primariamente nas folhas jovens gemas ativas e entrenós da parte aérea da planta Estes sítios parecem ser também os locais de síntese da GAs Na realidade as GAs sintetizadas na parte aérea podem ser transportadas para o resto da planta via floema De fato as etapas iniciais da biossíntese de GAs podem ocorrer em um tecido e a conversão para a forma ativa em outro Cloroplastos maduros por exemplo não podem realizar as reações do estágio 1 da biossíntese de GAs Assim células do mesofilo de folhas maduras que contêm cloroplastos maduros são também incapazes de realizar as reações do estágio 1 embora elas sejam capazes de realizar as reações do estágio 3 Estas diferenças sugerem que intermediários da biossíntese de GAs podem ser transportados dos tecidos meristemáticos da parte aérea para as folhas verdes onde são convertidas para formas ativas de GAs As giberelinas têm sido identificadas também em exsudatos do xilema e extratos de raízes sugerindo que as raízes podem também sintetizar GAs No entanto evidências conclusivas para a síntese de GAs pela raízes ainda estão faltando Muitas sementes e frutos em desenvolvimento mostram também altos níveis de giberelinas Na realidade o nível de giberelinas ativas decresce para valores próximos de zero nas sementes maduras Por outro lado estas sementes maduras contêm GA12aldeído precursora de todas as GAs a qual pode ser convertida para as formas ativas de GAs durante os estágios iniciais de germinação Uma variedade de glicosídeos de giberelinas é formada pela ligação covalente entre a GA e um monossacarídeo Estas GAs conjugadas ocorrem particularmente em algumas sementes O açúcar é usualmente a glucose que pode se ligar a giberelina via o grupo carboxílico formando um éster ou via um grupo hidroxila formando um éter de glucosil De fato quando GAs são aplicadas às plantas uma certa proporção tornase glicosilada conjugada A conjugação pode todavia representar outra forma de inativação das giberelinas Por outro lado Glicosídeos de giberelinas aplicados às plantas podem ser metabolizados para formar GAs livres Neste caso os conjugados constituem uma fonte de estoque de GAs Os vários fatores que regulam o nível de giberelinas ativas na planta são sumariados na figura abaixo Figura 17 Figura 17 Os processos que regulam o nível de giberelinas nos tecidos de plantas Taiz Zeiger 1998 A síntese da giberelina ativa GA1 é promovida por fatores ambientais tais como frio e dias longos e ela pode inibir a sua própria síntese via feedback Figura 16 O nível de GA ativa 241 pode ser reduzido pelo catabolismo inativação ou pela conjugação com açúcares Em alguns casos a GA ativa pode ser gerada pela liberação a partir da forma conjugada Finalmente o transporte de GAs ou precursores de GAs para o tecido ou desde o tecido pode também afetar o nível da giberelina ativa GA1 23 Papel Fisiológico a Iniciação floral e determinação do sexo As GAs podem substituir dias longos ou frio que são fatores requeridos por muitas plantas especialmente as de hábito de crescimento em roseta para a promoção do florescimento Assim as GAs podem substituir os estímulos ambientais para o florescimento em algumas espécies As flores de angiospermas consistem usualmente de quatro partes verticílos sépalas pétalas estames e pistilo Quando as partes feminina pistilo e masculina estame são encontradas na mesma flor ela é denominada hermafrodita ou perfeita Certas espécies no entanto produzem flores unissexuais ou imperfeitas O processo no qual as flores unissexuais são formadas é denominado de determinação do sexo Em plantas monóicas tais como pepino e milho flores macho e fêmea são encontradas na mesma planta Já nas plantas dióicas como espinafre e Cannabis sativa estas flores estão em indivíduos separados O processo de determinação do sexo é geneticamente regulado porém pode sofrer influência de fatores ambientais tais como fotoperíodo temperatura e estado nutricional e estes efeitos ambientais podem ser mediados pelas GAs Em milho por exemplo flores masculinas são restritas ao pendão e as femininas às espigas No entanto exposição destas plantas a dias curtos ou frio durante a noite aumenta o nível de GA endógena e simultaneamente isto causa a feminilização das folhas do pendão Essa formação de flores unissexuais depende do aborto de uma das partes no estádio inicial de desenvolvimento Assim o papel primário da GA na determinação do sexo em milho parece ser a supressão do desenvolvimento do estame No entanto as giberelinas parecem interagir com outros hormônios por exemplo o etileno na regulação da determinação do sexo b Crescimento do caule A aplicação de GAs promove o crescimento internodal em um grande número de espécies vegetais Os estímulos mais evidentes são vistos em variedades anãs ou de hábito de crescimento em roseta bem como em membros de Gramínea Aplicação exógena de GA3 causa um aumento tão drástico no crescimento do caule de variedades anãs que elas tornamse semelhantes às variedades de crescimento normal Figura 18 Acompanhando o alongamento do caule ocorre um decréscimo na espessura do caule um decréscimo no tamanho da folha e as folhas ficam com coloração verdeclaro Um ponto interessante é que as giberelinas produzem grandes efeitos em plantas intactas e muito pouco em segmentos De modo contrário as auxinas produzem seus efeitos principalmente em segmentos pedaços de caules folhas etc 242 Figura 18 Efeito da aplicação de giberelinas sobre o crescimento do milho normal e de um mutante anão Taiz Zeiger 1998 O interessante é que embora o crescimento do caule possa ser dramaticamente aumentado pelas GAs elas têm pouco ou nenhum efeito sobre o crescimento das raízes Acreditase nesse caso que a via de transdução de sinal requerida para induzir o crescimento associado às giberelinas não seja expressa nas raízes Além disso o caule pode tornarse um forte dreno por nutrientes da planta c Transição da fase juvenil para a adulta Muitas plantas perenes não florescem até que elas alcancem um certo estádio de maturidade Os estádios juvenil e maduro destas plantas possuem freqüentemente diferentes formas de folhas Aplicação de GAs parece regular a mudança de juvenil para adulto e vice 243 versa dependendo da espécie Em algumas coníferas aplicação de uma mistura de GA4 GA7 promove a passagem do estádio juvenil para o maduro Em Hedera helix aplicação de GA3 promove a passagem do estádio maduro para o juvenil d Estabelecimento do fruto Aplicações de giberelinas podem favorecer o estabelecimento do fruto crescimento inicial do fruto seguindo a polinização e o crescimento de alguns frutos particularmente nos casos em que a auxina não parece afetar O estímulo do estabelecimento do fruto pelas giberelinas tem sido observado em maçã e Germinação de sementes A germinação de sementes pode requerer GAs em algumas etapas Ativação do crescimento do embrião Hidrólise e mobilização de reservas do endosperma ver mecanismo de ação Quebra de dormência em algumas espécies f Aplicação comercial de GAs e de inibidores da sua síntese Produção de Frutos O principal uso de giberelinas relacionado com a produção de frutos é para aumentar o comprimento da haste do cacho de videiras Quando essa haste é muito curta os cachos são muito compactos e o crescimento dos frutos é restringido As giberelinas estimulam o crescimento da haste e consequentemente favorecem o crescimento dos frutos mais espaço Além disso aplicação de uma mistura de Benziladenina uma citocinina e GAs GA4 GA7 provoca o alongamento do fruto de maçã melhorando a sua forma Em frutos de Citrus aplicação de giberelinas provoca o retardamento da senescência Produção de Cerveja Durante a produção de malte a partir de sementes de cevada giberelinas podem ser usadas para acelerar a hidrólise de reservas da semente pela indução da produção de enzimas hidrolíticas na camada de aleurona ver mecanismo de ação Aumento na produção de canadeaçúcar Nessa espécie a sacarose é armazenada no vacúolo central das células do parênquima internodal A aplicação de GA pulverização estimula o alongamento do entrenó e isto resulta em maior produção de biomassa da cana e também de açúcares Alguns resultados mostraram que aplicação de giberelinas pode promover um aumento de 50 toneladas por hectare na produção de biomassa total e de 5 toneladas na produção de açúcar Inibidores da Síntese de GA Os compostos conhecidos como retardantes de crescimento fazem parte de um grupo de biorreguladores que modificam o crescimento e desenvolvimento das plantas sem contudo induzir efeitos fitotóxicos ou de má formação Quando utilizados em dosagens adequadas os retardantes de crescimento modificam a arquitetura da planta inibindo o crescimento do ápice caulinar reduzindo o crescimento em altura além de intensificar a pigmentação verde das folhas e aumentar o 244 crescimento radicular Essas alterações levam à modificação da relação raizparte aérea em favor do crescimento das raízes Os retardantes de crescimento têm aplicações bastantes práticas em termos agronômicos bem como no melhoramento genético podendo por exemplo ser utilizados na redução do acamamento de plantas na redução do crescimento de árvores na tolerância a estresses ambientais e na indução do florescimento Diversos retardantes de crescimento que têm sido utilizados comercialmente atuam inibindo de algum modo a síntese de giberelinas Ancimidol Paclobutrazol fosfon D etc O paclobutrazol bem como os demais triazóis interagem com o citocromo P 450 A interação faz com que essas proteínas transportadoras de elétrons que catalisa diversas reações oxidativas do metabolismo vegetal seja inativada interrompendo diversas rotas metabólicas especialmente o metabolismo dos terpenóides como as giberelinas O paclobutrazol bloqueia especificamente as reações de oxidação entre o entcaureno e o ácido entcaurenóico ver Figura 15 estágio 2 da biossíntese de giberelinas A aplicação do paclobutrazol reduz drasticamente o alongamento do caule e a pulverização com GA3 reverte tal efeito Figura 19 De acordo com dados técnicos da ICI Imperial Chemical Industries o paclobutrazol pode ser aplicado em injeções no tronco de árvores e arbustos diretamente no solo ou por meio de pulverizações diretas nas folhas Esta última forma permite que o paclobutrazol atinja diretamente os meristemas apicais e entrenós reduzindo o crescimento da planta Quando aplicado no solo o paclobutrazol é absorvido pelas raízes e via corrente xilemática é transportado para a parte aérea das plantas Figura 19 Efeitos do paclobutrazol e do GA3 sobre o crescimento da parte aérea de girassol OBS O paclobutrazol tem sido utilizado para promover o florescimento em mangueira 00 100 200 300 400 500 Crescimento Total cm 000 010 025 050 100 Paclobutrazol ugvaso Sem GA3 Com GA3 245 24 Mecanismo de Ação a Promoção do crescimento do caule As giberelinas são moléculas extremamente ativas no alongamento do caule Em plantas de arroz e alface as respostas para GA3 podem ser vistas em níveis muito baixos 1010 g Para as giberelinas serem ativas em tão baixas concentrações mecanismos eficientes para amplificar o sinal hormonal devem estar presentes nas células alvo De acordo com o modelo inicial Figura 3 estas respostas devem envolver formação do complexo giberelinareceptor ativação de uma ou mais vias de transdução e amplificação de sinal e a resposta final crescimento Os estudos têm mostrado que a aplicação de giberelinas provoca aumento no tamanho da célula e no número de células indicando que as giberelinas atuam tanto na expansão da célula como na divisão celular De modo semelhante às auxinas as GAs parecem favorecer o alongamento celular alterando as propriedades da parede celular Porém diferente das auxinas nenhuma acidificação do apoplasto tem sido estimulada por ação das GAs indicando que o mecanismo de crescimento induzido pelas GAs é diferente do crescimento ácido induzido pelas auxinas Estudos recentes realizados em muitos tecidos vegetais revelaram a existência de uma correlação positiva entre o crescimento estimulado pelas GAs e a atividade da enzima Xiloglucana Endotransglicosilase XET A XET hidrolisa xiloglucana e parece causar um rearranjamento molecular na matriz da parede celular que poderia promover o afrouxamento da parede favorecendo o crescimento Vale salientar que o crescimento induzido pelas auxinas não está associado ao aumento na atividade da XET Isto indica que o efeito parece ser específico para giberelinas b Mobilização de reservas do endosperma durante a germinação Certos grãos os conhecidos cariopses de cereais como milho trigo cevada sorgo etc podem ser divididos em três partes o tegumento o embrião diplóide e o endosperma triplóide O embrião se associa a um órgão especializado para a absorção o Escutelo Já o endosperma amiláceo é tipicamente não vivo na maturidade e consiste de células ricas em grânulos de amido Este tecido é circundado pela Camada de Aleurona uma camada de células citológica e bioquimicamente distintas das células do endosperma Esta camada de células vivas contém corpos protéicos e oleossomos Durante a germinação e o estágio inicial de crescimento da plântula amido e proteínas são degradados por uma série de enzimas hidrolíticas produzindo açúcares solúveis aminoácidos e outros produtos os quais são transportados para o eixo embrionário em crescimento Figura 20 Uma das principais enzimas responsáveis pela degradação do amido é a αamilase A camada de aleurona é o principal sítio de síntese desta enzima hidrolítica Estudos realizados na década de 1960 mostraram que a secreção de enzimas hidrolíticas pela camada de aleurona dependia da presença do embrião O embrião produzia uma substância difusível que estimulava a produção de αamilase na camada de aleurona Posteriormente foi descoberto que a GA3 poderia substituir o embrião no estímulo da degradação de amido Estes e outros estudos levaram à conclusão que a substância produzida pelo embrião que estimulava a função digestiva da camada de aleurona seria a giberelina Figura 20 Figura 20 A estrutura da semente de cevada e as funções dos vários tecidos durante a germinação Taiz Zeiger 1998 1 As giberelinas são sintetizadas no embrião e transportadas para o endosperma 2 No endosperma as giberelinas se difundem para a camada de aleurona 3 A camada de aleurona é induzida para sintetizar e secretar αamilase e outras enzimas hidrolíticas 4 Amido e outros compostos são degradados para substâncias solúveis de baixa massa molecular açúcares aminoácidos etc 5 Finalmente estas substâncias solúveis são transportadas para o eixo embrionário em crescimento A indução da enzima αamilase nas células da camada de aleurona de grãos de cereais durante a germinação pelas giberelinas está agora bem elucidada Figura 21 A giberelina produzida no embrião é transportada para a camada de aleurona O receptor da giberelina está localizado na membrana plasmática das células da camada de aleurona 1 O complexo GAReceptor interage com uma proteína G heterotrimérica 2 iniciando duas vias de transdução de sinal Uma das vias envolve GMPcíclico 3 e resulta na produção de uma molécula de sinalização 4 que inativa um repressor GAI 5 A inativação deste repressor permite a expressão do gen MYB 6 Isto leva à produção de uma proteína regulatória GA MYB a qual retorna para o núcleo 7 e ligase a uma seqüência regulatória do gen da αamilase 8 de modo que a transcrição do gen 9 e a síntese da enzima αamilase 10 são estimuladas A outra via envolve alterações nos níveis de Ca2 e a formação do complexo regulatório CaCalmodulina 11 Esta via parece estimular a secreção da enzima αamilase para o endosperma 12 OBS MYBs são fatores de transcrição que regulam o crescimento e desenvolvimento da planta 246 247 Figura 21 Mecanismo de ação das giberelinas na produção e secreção da enzima α amilase durante o processo de germinação Observe a numeração na figura e compare com o que está escrito no texto Taiz Zeiger 1998 248 ESTUDO DIRIGIDO No 09 UNIDADE HORMÔNIOS E REGULADORES DE CRESCIMENTO ASSUNTO GIBERELINAS 1 Como ocorreu a descoberta das giberelinas Quantas giberelinas são conhecidas atualmente e quais as que são ativas nas plantas 2 Qual a distribuição de giberelinas nas plantas E quais as regiões de síntese 3 Quais os locais na célula onde ocorrem os três estágios da biossíntese de giberelinas 4 Qual a modificação química que inativa a GA1 5 Como e por onde as giberelinas são translocadas na planta 6 O que são substâncias retardantes de crescimento O que elas podem causar na planta 7 Qual o efeito das giberelinas nos seguintes processos Determinação do sexo Crescimento do caule e de raízes Germinação de sementes 8 Aplicação de auxinas e giberelinas estimula a divisão e a expansão celular Qual a diferença básica entre o crescimento induzido por auxinas e por giberelinas 9 Explique o mecanismo de ação de giberelinas durante a germinação de sementes de cereais 249 3 CITOCININAS REGULADORES DA DIVISÃO CELULAR 31 Descoberta Identificação e Propriedades Muitos estudos têm mostrado que as citocininas controlam vários aspectos do desenvolvimento vegetal incluindo divisão celular retardamento da senescência de folhas através da mobilização de nutrientes dominância apical quebra de dormência de gemas desenvolvimento de flores etc Dentre estes o controle da divisão celular é de considerável significância para o crescimento e desenvolvimento da planta e foi graças a este efeito que se identificou esta classe de fitohormônios Nas décadas de 1940 e 1950 Folke Skoog testou muitas substâncias que tinham habilidade para iniciar e promover a proliferação de células de fumo em cultura de tecidos Ele tinha observado que a adenina base nitrogenada que participa da molécula de DNA tinha um efeito promotor da divisão celular o que o levou a testar a hipótese de que o DNA poderia estimular a divisão Após um difícil e demorado fracionamento do DNA tratado com calor Skoog e colaboradores identificaram uma pequena molécula que na presença de auxinas estimulava a proliferação de células em cultura de tecidos Esta molécula foi denominada de cinetina uma molécula derivada da adenina Figura 22 Figura 22 A estrutura química da adenina e de cinco derivados da adenina que apresentam atividade de citocinina Cinetina e BAP ou BA são citocininas sintéticas Zeatina dihidrozeatina e isopentenil adenina são citocininas naturais Hopkins 2000 250 A cinetina não é um hormônio de plantas de ocorrência natural e também não é constituinte da molécula de DNA No entanto alguns anos após a descoberta da cinetina pesquisadores demonstraram que extrato de endosperma imaturo de milho continha uma substância que causava os mesmos efeitos biológicos da cinetina Esta molécula foi identificada como 64hidroxi3metilbut2enilamino purina e recebeu o nome de Zeatina A estrutura molecular da zeatina é similar à da cinetina Figura 21 Ambas são derivadas da adenina aminopurina No entanto elas possuem diferentes cadeias laterais que se encontram ligadas ao nitrogênio 6 da adenina Devido a cadeia lateral da zeatina ter uma dupla ligação ela pode existir nas configurações cis e trans A zeatina natural que ocorre nas plantas superiores é a que apresenta configuração trans embora as duas formas possuam atividade biológica A atividade de uma isomerase tem sido demonstrada em tecidos de plantas de modo que a ciszeatina quando aplicada a tecidos pode ser convertida para a forma trans Outras citocininas de ocorrência natural são a Dihidrozeatina e a Isopentenil Adenina As citocinas naturais zeatina dihidrozeatina e isopentenil adenina podem ser encontradas na forma livre como ribosídeo uma molécula de ribose ligada ao nitrogênio 9 da adenina como ribotídeo a ribose ligada ao N9 é esterificada com ácido fosfórico ou como glicosídeo uma molécula de glicose é ligada ao N7 ou N9 da adenina ou ainda ao oxigênio da zeatina ou dihidrozeatina As citocininas são definidas como compostos que possuem atividades similares àquelas da transzeatina Estas atividades incluem Induzir a divisão celular em callus na presença de auxinas Promover a formação de parte aérea ou raízes em cultura de tecidos quando aplicada em proporção adequada com auxinas Retardar a senescência de folhas Promover a expansão de cotilédones em dicotiledôneas Muitos compostos químicos têm sido sintetizados e testados em relação à sua capacidade de atuar como citocininas Análises destes compostos permitiram estabelecer alguns requerimentos estruturais para a atividade Em geral todos os compostos ativos como citocininas possuem uma cadeia lateral ligada ao N6 da adenina e todas as citocininas naturais são derivadas da adenina As moléculas de cinetina e benziladenina BA são exemplos de citocininas sintéticas que possuem a cadeia lateral ligada ao N6 da adenina Figura 21 As únicas exceções a esta generalização são certos derivados da difeniluréia Estes compostos possuem fraca atividade de citocininas e não possuem a cadeia lateral referida anteriormente No curso da determinação do requerimento estrutural para a atividade de citocinina os investigadores encontraram algumas moléculas que agiam como antagonistas da citocinina Figura 23 Estes compostos resultam de modificações químicas no anel da purina e parecem bloquear a atividade de citocininas pela competição com o seu receptor Este efeito pode ser sobrepujado pela adição de mais citocininas Figura 23 Estrutura de um composto sintético que atua como antagonista das citocininas Note as modificações no anel da adenina Taiz Zeiger 1998 251 32 Ocorrência Metabolismo e Transporte As cadeias laterais das citocininas naturais são quimicamente relacionadas com as estruturas de pigmentos carotenóides dos hormônios giberelinas e ácido abscísico e de alguns compostos de defesa de plantas conhecidos como fitoalexinas Todos esses compostos são formados pelo menos em parte através da junção de unidades de isopreno A estrutura do isopreno é similar à da cadeia lateral da zeatina e de outras citocininas Os precursores para a formação das unidades de isopreno são o ácido mevalônico ou o piruvato 3fosfoglicerato dependendo da via envolvida Estes precursores produzem a unidade biológica de isopreno ou seja o IsopentenilDifosfato IPP Na primeira etapa da biossíntese de citocininas uma enzima conhecida como transferase do isopentenil IPT catalisa a transferência do grupo isopentenil do IPP para o AMP ADP E ATP O produto da reação é o ribotídeo isopentenil adenina a citocinina isopentenil adenina contendo uma ribose e um dois ou três grupos fosfato Este conjugado é em seguida convertido para transzeatina ou para outras citocininas naturais dihidrozeatina e isopentenil adenina Figura 24 Figura 24 Esquema mostrando as etapas da biossíntese de citocininas Taiz Zeiger 1998 H3C H2C CH CH2 C Os meristemas apicais das raízes são os principais sítios de síntese de citocininas livres na planta As citocininas sintetizadas nas raízes parecem que são transportadas para a parte aérea via xilema Algumas evidências confirmam este tipo de transporte Quando a parte aérea é cortada próximo à superfície do solo a seiva do xilema pode continuar fluindo na região do corte Este exsudato do xilema contém citocininas Se o solo é mantido úmido o fluxo do xilema na região cortada pode continuar por alguns dias Alguns resultados mostram que mesmo nesse caso o conteúdo de citocininas no exsudato não diminui indicando que a mesma está sendo sintetizada nas raízes Além disso alguns fatores ambientais que afetam o funcionamento das raízes como estresse hídrico e salino reduzem o conteúdo de citocininas no exsudato do xilema É necessário destacar no entanto que as citocininas não são sintetizadas exclusivamente nas raízes Sementes em desenvolvimento e folhas jovens também sintetizam citocininas Porém a produção de citocininas na parte aérea parece ser distribuída na própria parte aérea via floema enquanto a citocinina produzida nas raízes é distribuída para toda planta via xilema Essas citocininas no exsudato do xilema estão principalmente na forma de ribosídeo de zeatina Uma vez nas folhas uma parte desses nucleosídeos é convertida para a forma livre transzeatina ou para a forma de glicosídeos Muitas das diferentes formas químicas de citocininas são rapidamente interconvertidas pelos tecidos vegetais As citocininas quando aplicadas na forma livre podem ser convertidas para seus respectivos nucleotídeos ou glicosídeos e vice versa Estas citocininas conjugadas podem ser consideradas formas de estoque de citocinina em um estado metabolicamente inativo Por exemplo em algumas sementes dormentes são encontrados altos níveis de glicosídeos forma inativa e baixos níveis de citocinina livre forma ativa De modo contrário durante o processo de germinação dessas sementes observase uma nítida queda nos níveis de glicosídeos e aumento nos níveis de citocininas livres Assim é possível que algumas glicosidases enzimas atuem na liberação de citocininas livres como a transzeatina a partir das citocininas conjugadas observe na Figura 24 que as passagens das formas conjugadas para as formas de citocininas livres são reversíveis Além da conjugação as citocininas livres podem ser catabolisadas produzindo compostos inativos Em muitos tecidos de plantas por exemplo foi encontrada a enzima citocinina oxidase a qual degrada zeatina ribotídeo de zeatina e isopentenil adenina produzindo adenina e seus derivados Figura 25 Esta enzima inativa o hormônio e pode ser importante na regulação ou limitação dos efeitos das citocininas Figura 25 Oxidação da isopentenil adenina pela citocinina oxidase Hopkins 2000 252 253 A figura 26 mostra os diversos fatores que controlam os níveis de citocinas na forma ativa Lembrese que as formas ativas das citocininas naturais são transzeatina dihidrozeatina e isopentenil adenina BIOSSÍNTESE IPT TRANSPORTE CITOCININAS CONJUGAÇÃO principalmente LIVRES Ribosídeo de Conjugados Ribotídeo Oxidase da citocinina Glicosídeo CATABOLISMO Figura 26 Fatores que controlam os níveis de citocininas livres 33 Papel Fisiológico Os hormônios vegetais raramente ou nunca trabalham isoladamente Mesmo nos casos em que a resposta se dá pela aplicação de um único hormônio o tecido pode conter hormônios endógenos que contribuem para a resposta final Em alguns casos a resposta está associada a dois ou mais hormônios ou um hormônio pode induzir a síntese de um outro Estas observações indicam que a resposta final está quase sempre associada ao Balanço Hormonal Independente dessa visão as citocininas podem estimular ou inibir uma variedade de processos fisiológicos e aspectos do desenvolvimento da planta Muitos dos processos regulados pelas citocininas têm sido revelados em plantas transgênicas que superexpressam essa classe de hormônio Estas plantas superprodutoras de citocininas exibem algumas características que indicam o papel executado pelas citocininas na fisiologia e no desenvolvimento da planta Algumas características dessas plantas são O meristema apical da parte aérea produz maior quantidade de folhas As folhas são mais ricas em clorofila e como conseqüência são mais verdes Retardamento da senescência Redução nítida na dominância apical Em casos extremos pode ocorrer encurtamento dos entrenós e redução na taxa de crescimento das raízes A seguir serão descritos alguns papéis fisiológicos atribuídos pelo menos em parte às citocininas 254 a A relação auxinacitocinina regula a morfogênese em cultura de tecidos De modo geral na ausência de citocinina praticamente não se observa a ocorrência de divisão celular Figura 27A Altos níveis de auxina em relação aos de citocinina promovem a formação de raízes Figura 27B enquanto altos níveis de citocinina em relação aos de auxina estimulam a formação da parte aérea Figura 27D Uma relação intermediária favorece o crescimento do tecido não diferenciado comumente referido como callus Figura 27C Figura 27 A relação auxinacitocininas regulam o crescimento e a formação de órgãos em cultivo de callus de fumo Taiz Zeiger 1998 Muitos pesquisadores têm usado também a genética molecular para investigar o significado da relação auxinacitocinina na regulação da morfogênese Eles utilizaram a bactéria Agrobacterium tumefasciens a qual infecta os tecidos de plantas e provoca a formação de tumores Os genes do plamídio da bactéria foram em seguida incorporados ao genoma da célula hospedeira da planta produzindo novas células geneticamente modificadas mutantes ou transgênicos Nestes estudos foram obtidos três mutantes um mutante provocava a formação de tumores com anormal proliferação de raízes tmr outro provocava a formação de tumores com anormal proliferação de parte aérea tms e o terceiro provocava a formação de tumores não diferenciados conhecidos como galhas crown gall Figura 28 No mutante tms foi observada a inativação de dois gens necessários para a biossíntese de AIA o que proporcionou uma baixa relação auxinacitocinina e como conseqüência a anormal proliferação de parte aérea No mutante tmr ao contrário encontrou se mutações no gen requerido para a biossíntese de zeatina Este mutante portanto apresentou alta relação auxinacitocinina o que justifica a anormal proliferação de raízes O terceiro mutante superexpressava a síntese de auxinas e de citocininas o que justifica a formação de callus neste caso o ciclo celular é acelerado e nenhuma célula se diferencia Estes resultados demonstraram a importância da relação auxinacitocinina na regulação da morfogênese 255 Figura 28 Galhas produzidas sobre o caule de plantas de Bryophyllum O tumor é conseqüência da infecção com Agrobacterium tumefasciens As células da planta hospedeira foram geneticamente modificadas isto é os gens que causam a superprodução de auxinas e citocininas foram incorporados no genoma da célula hospedeira Hopkins 2000 b Citocinina e auxina regulam o ciclo celular em plantas As citocininas foram descobertas devido à sua capacidade para estimular a divisão celular em tecidos supridos com um nível adequado de auxinas Evidências experimentais sugerem que tanto a auxina como a citocinina participam na regulação do ciclo celular e elas atuam controlando a atividade de quinases dependentes de ciclina As proteínas quinases dependentes de ciclina CDKs são enzimas que regulam o ciclo celular em eucariotos A expressão do gen que codifica a principal CDK a CDC2 Cell Division Cycle 2 é regulada pela auxina No entanto a CDK induzida pela auxina é enzimaticamente inativa e altos níveis dessa enzima não são suficientes para que ocorra a divisão celular A citocinina parece ativar uma proteína ciclina tipo G1 a qual se liga à CDK e produz um complexo ativo CDKG1 A ativação da CDK então permite a realização do ciclo celular e consequentemente a divisão da célula Em mutantes que superexpressam a biossíntese de citocininas e de auxinas o ciclo celular é acelerado e pode ocorrer a formação de callus 256 c Quebra da dominância apical e indução do crescimento de gemas ver auxinas e ABA Na maioria das plantas superiores o crescimento da gema apical inibe o crescimento das gemas laterais um fenômeno conhecido como Dominância Apical Plantas com forte dominância apical tais como milho têm um único eixo de crescimento com poucas ramificações laterais Em contraste muitas gemas laterais crescem em muitos arbustos Embora a dominância apical possa ser determinada primariamente pelas auxinas estudos fisiológicos indicam que citocininas executam um papel importante em iniciar o crescimento de gemas laterais Por exemplo aplicação direta de citocininas em gemas axilares de muitas espécies estimula a divisão celular e o crescimento da gema O fenótipo de mutantes superprodutores de citocininas é consistente com o papel desta classe de hormônios na dominância apical Por exemplo plantas de fumo e de Arabidopsis do tipo selvagem não mutante mostram forte dominância apical durante o crescimento enquanto que nos mutantes superprodutores de citocininas as gemas laterais crescem vigorosamente e competem com o ápice da parte aérea por nutrientes Figura 29 Consequentemente as plantas mutantes mostramse bastante ramificadas Figura 29 Figura comparando um mutante de Arabidopsis superprodutor de citocininas B com um tipo selvagem A O mutante mostra reduzida dominância apical resultante do desenvolvimento de muitas inflorescências Taiz Zeiger 1998 Apesar desses estudos bastante esclarecedores relacionados aos papéis das auxinas ver auxinas e das citocininas no controle da dominância apical outros estudos ainda são necessários Acreditase que outros sinais promotores ou inibidores podem estar envolvidos no desenvolvimento das gemas laterais e portanto no controle da dominância apical d Retardamento da senescência de folhas e mobilização de nutrientes Folhas destacadas de plantas lentamente perdem clorofila RNA lipídios e proteínas mesmo que elas sejam mantidas úmidas e providas de nutrientes minerais Estas mudanças também ocorrem normalmente nas folhas de plantas constituindose na fase final da vida das A B A B 257 folhas Este processo de envelhecimento programado que leva à morte recebe o nome de senescência Este processo parece estar sob o controle das citocininas O tratamento de folhas isoladas de muitas espécies com citocininas retarda o processo de senescência Este efeito pode ser marcante particularmente quando a citocinina é aplicada diretamente sobre a planta intacta Os efeitos podem também ser localizado dentro de uma mesma folha se a aplicação for feita de forma localizada aplicandose citocinina apenas em uma das metades da folha observase o retardamento da senescência somente na região tratada Embora evidências sugiram que folhas jovens podem produzir citocininas as folhas maduras não podem As folhas maduras dependem da citocinina proveniente das raízes via xilema A produção de citocininas nas raízes e o seu transporte para a parte aérea podem ser influenciados por fatores ambientais e pelo próprio estádio de desenvolvimento da planta Por exemplo estresses hídrico e salino afetam a produção de citocininas nas raízes e aceleram a senescência de folhas Já em folhas de soja a senescência é iniciada pela maturação da semente um fenômeno conhecido como Senescência Monocárpica Esta senescência pode ser retardada pela remoção da semente no início do seu desenvolvimento Neste caso a retirada da semente controla o transporte de citocininas das raízes para as folhas As citocininas envolvidas no retardamento da senescência são primariamente os ribosídios de zeatina e de dihidrozeatina os quais são transportados das raízes para as folhas pela corrente transpiratória via xilema Nas folhas essas formas conjugadas são convertidas para as formas livres que são ativas As evidências mais convincentes sobre os papéis das citocininas no controle da senescência têm sido obtidas com a utilização de transgênicos Figura 30 Por exemplo a senescência de folhas é retardada em plantas transgênicas de fumo que possuem um gen que controla a biossíntese de citocininas Figura 30 Retardamento na senescência em transgênicos que regulam a biossíntese de citocininas nas folhas maduras esquerda O genótipo que não autoregula a produção de citocininas nas folhas à direita apresentase em fase avançada de senescência Taiz Zeiger 1998 258 O mecanismo pelo qual as citocininas são capazes de retardar a senescência não é claro porém algumas evidências indicam que as citocininas exercem importante papel na mobilização de nutrientes As citocininas influenciam o movimento de nutrientes orgânicos e inorgânicos de outras partes da planta para as folhas um fenômeno conhecido como mobilização de nutrientes induzido pelas citocininas A participação das citocininas na mobilização de nutrientes tem sido revelada quando nutrientes marcados radioativamente são fornecidos às plantas após o tratamento de uma folha ou parte dela com citocininas Figura 31 As plantas são posteriormente autorradiografadas para verificar a mobilização dos nutrientes Os resultados destes estudos mostram que os nutrientes são preferencialmente transportados para os tecidos tratados com citocininas onde eles se acumulam Figura 31 Diagrama de um experimento clássico desenvolvido por K Mothes mostrando o papel das citocininas na mobilização de nutrientes A aplicação de composto marcado radioativamente foi feita na área indicada pela mancha preta A radioatividade se acumula no lado tratado com a citocinina sintética cinetina Note que no controle a distribuição da radioatividade ocorre de maneira uniforme através das nervuras Taiz Zeiger 1998 Como sabemos os nutrientes são translocados via floema do sítio de produção fonte para o sítio de utilização dreno Assim é possível que a citocinina provoque alguma alteração no relacionamento fontedreno Algumas linhas de evidências também mostram que as citocininas estimulam o metabolismo nas áreas tratadas ou seja as citocininas aumentam a atividade do dreno e consequentemente a força do dreno ver partição de assimilados na Unidade VI Lembrese Força do dreno tamanho do dreno x atividade do dreno 259 e Maturação de cloroplastos Embora a maioria das sementes de plantas possam germinar no escuro a morfologia das plântulas crescendo no escuro é muito diferente daquelas que crescem na luz As plantas no escuro são estioladas tendo hipocótilo e entrenós alongados cotilédones e folhas não expandidos e cloroplastos não maturos Ao invés de maturar como cloroplastos os proplastídios de plântulas crescendo no escuro desenvolvemse em etioplastos Nos etioplastos a membrana interna forma um treliça compacta e altamente regular conhecido como corpo prolamelar Os etioplastos também possuem alguns carotenóides sendo esta a razão para a coloração amarelada das plantas estioladas Porém os etioplastos não possuem clorofila nem as enzimas e as proteínas estruturais requeridas para a formação da maquinaria fotossintética Quando as plantas germinam na luz os cloroplastos maturam diretamente dos proplastídios presentes no embrião porém etioplastos podem também gerar cloroplastos quando as plantas estiolados são iluminadas Quando as folhas estioladas são tratadas com citocininas antes de serem iluminadas elas formam cloroplastos com extenso sistema de membrana interna e com maiores taxas de biossíntese de clorofila e de enzimas fotossintéticas Também plântulas de Arabidopsis não mutantes germinando no escuro e na presença de citocininas desenvolvem características de plântulas que germinam na luz Figura 32 Figura 32 O efeito de citocininas sobre plântulas de Arabidopsis crescendo no escuro Taiz Zeiger 1998 Cytokinin µM 0 3 15 30 60 75 Cytokinin µM 0 3 15 30 60 75 260 As características das plantas tratadas com citocininas e mostradas na figura 32 são Encurtamento do caule Expansão dos cotilédones Iniciação de folhas no meristema apical E também se observa parcial desenvolvimento dos cloroplastos incluindo a síntese de algumas enzimas da fotossíntese Estes resultados indicam que as citocininas participam da regulação da síntese de pigmentos e de proteínas associadas com o processo fotossintético juntamente com outros fatores ambientais tais como luz e nutrição f Outros efeitos relacionados às citocininas As citocininas podem promover ou inibir a expansão celular A promoção da expansão celular pelas citocininas é mais claramente demonstrada nos cotilédones de algumas dicotiledôneas que possuem folhas cotiledonares De modo contrário as citocininas podem inibir o alongamento celular em caules e raízes Neste caso é provável que a inibição do alongamento do caule pelas citocininas esteja associada à produção do hormônio gasoso etileno Figura 33 Figuras 33 Citocininas estimulam a produção de etileno e redução no crescimento do caule em plântulas de Arabidopsis crescendo no escuro Taiz Zeiger 1998 34 Mecanismo de Ação A diversidade dos efeitos de citocininas sobre o crescimento e desenvolvimento da planta é consistente com o envolvimento de vias de transdução de sinais as quais possuem ramificações que produzem respostas específicas O mecanismo de ação das citocininas não é totalmente conhecido No entanto algum progresso tem sido obtido Um possível receptor para citocininas tem sido identificado em Arabdopsis Tratase de uma proteína transmembranar relacionada com o receptor de etileno ETR1 O gene de resposta ao etileno EIN2 fator de transcrição foi também identificado em 261 um screen de mutantes resistentes à citocinina sugerindo que etileno e citocininas têm em comum alguns componentes de suas vias de transdução de sinais As citocininas têm profundo efeito sobre a de síntese de proteínas e sobre os tipos de proteínas feitas pela planta Em particular a citocinina estimula a síntese de proteínas específicas do cloroplasto que são codificadas por genes nucleares De modo geral o aumento na síntese de uma proteína significa um aumento na expressão do gen que codifica tal proteína As citocininas aumentam a estabilidade de alguns mRNAs específicos mediante aumento na transcrição ou através de efeitos pós transcricionais Por exemplo o aumento da expressão de proteínas do complexo coletor de luz em Lemma gibba pequena planta aquática parece estar associado a um controle pós transcricional possivelmente um aumento na estabilidade do mRNA 262 4 ETILENO O HORMÔNIO GASOSO 41 A Descoberta Durante o século XIX quando um gás produzido pelo carvão era utilizado na iluminação de ruas observouse que árvores nas vizinhanças das lâmpadas desfolhavamse mais extensivamente do que as que se encontravam mais distantes Tornouse aparente que o gás e poluentes do ar danificavam o tecido vegetal e em 1901 o etileno foi identificado como o componente ativo do gás que provocava tal efeito Posteriormente observouse que plântulas de ervilha crescendo no escuro no laboratório mostrava reduzido alongamento do caule aumento no crescimento lateral e um anormal crescimento horizontal o que ficou conhecido como tripla resposta Quando o ar do laboratório era purificado as plantas voltavam a crescer em taxas normais O etileno o qual estava presente no ar contaminado do laboratório foi identificado como a molécula causadora da resposta A primeira indicação que o etileno era um produto natural de tecidos vegetais foi reportada por H H Cousins em 1910 Ele mostrou que emanações de laranjas estocadas em uma câmara provocavam o amadurecimento prematuro de bananas No entanto visto que nós sabemos agora que frutos de laranja sintetizam relativamente pouco etileno comparado com outros frutos maçã por exemplo é provável que as laranjas utilizadas por Cousins estivessem contaminadas com o fungo Penicillium o qual produz copiosos montantes de etileno Em 1934 R Gane e colaboradores identificaram quimicamente o etileno como um produto natural do metabolismo da planta e devido aos seus efeitos sobre as plantas ele foi classificado como um hormônio Apesar da sua descoberta a maioria dos fisiologistas não reconheceu o etileno como um hormônio vegetal principalmente por que se acreditava que os efeitos do etileno poderiam ser mediados pela auxina Assim acreditavase que a auxina era o principal hormônio de plantas e que o etileno tinha somente um insignificante e indireto papel fisiológico Trabalhos com etileno eram também difíceis de serem feitos pela falta de técnicas para sua quantificação No entanto em 1959 quando a cromatografia gasosa foi introduzida nas pesquisas o etileno foi redescoberto como hormônio e a sua importância no desenvolvimento da planta foi reconhecida 42 Ocorrência Metabolismo e Transporte O etileno é uma molécula simples Figura 34 que é mais leve do que o ar sob condições fisiológicas Ele é inflamável e pode ser facilmente oxidado O etileno pode ser oxidado para óxido de etileno e este pode ser hidrolisado para etileno glicol Em muitos tecidos de plantas o etileno pode ser completamente oxidado até CO2 Figura 34 263 Figura 34 Estrutura e processos de oxidação do etileno Taiz Zeiger 1998 O etileno é liberado facilmente do tecido que o produz difundindose na fase gasosa através dos espaços intercelulares podendo ser perdido para a atmosfera externa ou atingir outros órgãos da planta Em função dessa rápida difusão sistemas que absorvem o etileno são usados durante o estoque de frutos e flores Por exemplo o permanganato de potássio KMnO4 é um forte adsorvente de etileno que pode reduzir a concentração desse gás em áreas de estoque de maçã aumentando o tempo de armazenamento dos frutos O etileno pode ser produzido por quase todas as partes das plantas superiores embora a taxa de produção dependa do tipo de tecido e do estádio de desenvolvimento Em geral regiões meristemáticas e regiões nodais são mais ativas na sua biossíntese Embora a produção de etileno também aumente durante a abscisão foliar e a senescência de flores bem como durante o amadurecimento de frutos Além disso escuro danos mecânicos ferimentos algumas doenças e estresses fisiológicos congelamento altas temperaturas e estresse hídrico podem induzir a biossíntese de etileno Nos estudos sobre a biossíntese de etileno M Lieberman e colaboradores mostraram que vários tecidos de plantas podiam converter 14CMetionina para 14CEtileno e que o etileno era derivado dos carbonos 3 e 4 da metionina Outros resultados experimentais mostraram que o grupo CH3S da metionina o que restava da molécula de metionina era reciclado no tecido ver Ciclo de Yang na Figura 34 Sem essa reciclagem o montante de enxofre reduzido presente na célula poderia se tornar limitante influenciando o nível de metionina disponível para a biossíntese de etileno Subseqüentemente outros trabalhos mostraram que o composto SAdenosilmetionina AdoMet sintetizado a partir de metionina e ATP era um intermediário na via biossintética do etileno Figura 35 Quatorze anos após a metionina ter sido descoberta como precursor do etileno nas plantas a etapa final da via foi descoberta O precursor imediato do etileno foi identificado como ácido 1aminociclopropano carboxílico ACC O papel do ACC ficou evidente em outros experimentos nos quais as plantas eram tratadas com metionina marcada radiotavamente 14C Met Sob condições anaeróbicas não houve produção de etileno e o ACC marcado acumulou no tecido Quando o tecido era transferido para um meio aeróbico ocorria produção de etileno Outros estudos com vários tipos de tecidos vegetais mostraram que o ACC marcado radioativamente era rapidamente convertido para etileno sugerindo que o ACC era o precursor imediato do etileno em plantas Figura 35 Resultados semelhantes 264 foram obtidos com aplicação exógena de ACC aplicação de ACC aumentava substancialmente a síntese de etileno A Sintase do ACC a enzima que catalisa a conversão de Sadenosilmetionina para ACC tem sido caracterizada em muitos tecidos de várias plantas A sintase do ACC é uma enzima citosólica e sua síntese é regulada por fatores internos como auxinas senescência de flores amadurecimento de frutos etc ou fatores externos ferimentos injúrias pelo frio estresse hídrico encharcamento etc Todos estes fatores promovem a síntese de etileno Figura 35 Alguns compostos como o aminoetoxivinil glicina AVG inibem a atividade dessa enzima e portanto a síntese de etileno Figura 35 Etapas da biossíntese de etileno e o ciclo de Yang Taiz Zeiger 1998 Fruits ripening amdurecimento de frutos Flowers senescence senescência de flores IAA auxinas Wounding Ferimento Chilling injury injúria provocada por frio Drought stress estresse hídrico Flooding encharcamento inundação 265 A última etapa na biossíntese de etileno a conversão de ACC para etileno é catalisada pela enzima Oxidase do ACC uma enzima que requer Fe2 e ascorbato como cofatores Esta enzima não é geralmente o ponto limitante da biossíntese de etileno embora tecidos que mostram altas taxas de produção de etileno como frutos em amadurecimento e flores senescentes mostram aumento na atividade da oxidase do ACC e de seu mRNA O aminoácido metionina é encontrado em concentrações muito baixas nos tecidos vegetais em valores mais ou menos constantes inclusive naqueles tecidos que produzem copiosos montantes de etileno alguns frutos amadurecendo por exemplo Visto que a metionina é o único precursor do etileno nas plantas superiores podese afirmar que os tecidos que produzem etileno requerem um contínuo suprimento deste aminoácido Este suprimento é assegurado pela reciclagem da metionina via o Ciclo de Yang Figura 35 Na reação catalisada pela sintase do ACC Sadenosilmetionina é convertido para ACC e 5 metiltioadenosina Este último composto é convertido para metionina através de 4 reações que completam o Ciclo de Yang O ACC produzido no tecido não é convertido totalmente para etileno Figura 35 O ACC pode ser convertido também para uma forma conjugada não volátil NmalonilACC a qual não é degradada e parece se acumular no tecido Uma segunda forma de conjugação de ACC o ácido 1Lglutamilamino ciclopropano carboxílico GACC tem sido também identificada A conjugação de ACC pode ter um importante papel no controle da biossíntese de etileno em uma maneira análoga à conjugação de auxinas e citocininas Os pesquisadores têm estudado também o catabolismo do etileno suprindo 14C2H4 etileno aos tecidos de plantas e acompanhando os compostos radioativos produzidos Estes estudos mostraram que CO2 óxido de etileno e etileno glicol este último livre ou conjugado com glicose são produtos do catabolismo do etileno ver Figura 34 Em alguns sistemas auxina e etileno podem causar respostas similares em plantas tais como a indução do florescimento em abacaxi e a inibição do alongamento do caule Estas respostas similares se devem à capacidade das auxinas em altas concentrações de promover a biossíntese de etileno pelo aumento na conversão de Sadenosilmetionina para ACC Alguns estudos têm mostrado que os níveis do mRNA que codifica a sintase do ACC aumentam em resposta à aplicação de AIA sugerindo que um aumento na transcrição do gen é responsável pelo menos em parte pelo aumento na produção de etileno em resposta à auxina Estas observações indicam que algumas respostas previamente atribuídas às auxinas AIA são de fato mediadas pelo etileno produzido em resposta à auxina A utilização de alguns inibidores da biossíntese e da ação do etileno permite discriminar entre a ação da auxina e do etileno Por exemplo aminoetoxivinil glicina AVG e aminooxiacetato AOA bloqueiam a conversão de Sadenosilmetionina para ACC ou seja a reação catalisada pela sintase do ACC O cobalto Co2 é também um inibidor da biossíntese de etileno bloqueando a conversão de ACC para etileno na última etapa da biossíntese catalisada pela oxidase do ACC anaerobiose age de modo similar Íons prata Ag aplicados como nitrato de prata AgNO3 ou como tiossulfato de prata AgS2O32 3 são potentes inibidores da ação do etileno O gás carbônico CO2 em altas concentrações 5 a 10 também inibe muitos efeitos do etileno por exemplo amadurecimento do fruto embora seja menos eficiente que os íons Ag O transocteno um composto volátil é um forte inibidor competitivo da ligação do etileno E recentemente foi descoberto um novo inibidor da ação do etileno o MCP 1metilciclopropeno que age ligandose irreversivelmente ao receptor de etileno O MCP apresenta um extraordinário potencial de uso comercial Estudos com esses compostos mostraram que em alguns casos o etileno é o efetor primário e que a auxina age indiretamente promovendo a produção de etileno Nestes casos a aplicação de auxinas não promove a resposta se ao mesmo tempo forem aplicados inibidores da síntese ou da ação do etileno 266 43 Papel Fisiológico a Amadurecimento de frutos No uso popular o termo amadurecimento de frutos se refere às mudanças metabólicas que o tornam o fruto próprio para o consumo Tais mudanças incluem o amolecimento devido a quebra enzimática da parede celular hidrólise de amido e de outras macromoléculas acúmulo de açúcares solúveis e redução nos teores de ácidos orgânicos e compostos fenólicos incluindo tanino Também se observa acúmulo dos pigmentos antocianina e carotenóides na epiderme desses frutos Por muitos anos o etileno tem sido reconhecido como o hormônio que acelera o amadurecimento de muitos frutos comestíveis No entanto nem todos os frutos respondem ao etileno Os frutos que amadurecem em resposta ao etileno exibem um aumento característico na respiração antes da fase de amadurecimento conhecido como Climatério Figura 36 Tais frutos mostram um pico de produção de etileno imediatamente antes do aumento na respiração Visto que um tratamento com etileno induz o fruto a produzir uma adicional quantidade de etileno sua ação pode ser descrita como autocatalítica Figura 36 Relação entre a produção de etileno e a taxa de respiração em frutos de banana após a colheita Taiz Zeiger 1998 Frutos como maçã banana abacate e tomate são exemplos de frutos climatéricos Em contraste frutos como Citrus abacaxi e uva não exibem aumento nem na produção de etileno nem na respiração e são conhecidos como frutos não climatéricos Quando frutos climatéricos não maduros são tratados com etileno a iniciação do aumento no climatério é acelerada Por outro lado quando frutos não climatéricos são tratados da mesma maneira o aumento na taxa respiratória é proporcional à concentração de etileno No entanto o tratamento não induz a produção de etileno endógeno e também não acelera o amadurecimento 267 A relação causal entre o nível endógeno de etileno e o amadurecimento do fruto tem sido estudada através da aplicação de inibidores da biossíntese AVG e AOA ou da ação Ag e CO2 do etileno O uso destes inibidores retarda ou evita o amadurecimento de frutos climatéricos Estudos com mutantes também confirmam o papel do etileno no amadurecimento de frutos Por exemplo estudos com plantas transgênicas de tomate deficientes em etileno esses mutantes são incapazes de produzir etileno devido alterações na expressão das enzimas sintase do ACC e oxidase do ACC mostraram completo bloqueio no amadurecimento do fruto e o amadurecimento foi promovido pela aplicação exógena de etileno Estes experimentos mostraram inequivocamente o papel do etileno no amadurecimento do fruto A elucidação do papel do etileno no amadurecimento de frutos climatéricos tem resultado em muitas aplicações práticas que objetivam uniformizar acelerar ou retardar o amadurecimento b Epinastia de folhas A curvatura para baixo de folhas que ocorre quando o lado superior adaxial do pecíolo cresce mais rápido do que o lado inferior abaxial é denominada epinastia O etileno e altas concentrações de auxinas induzem epinastia Figura 37 e sabese agora que a auxina age indiretamente promovendo a síntese de etileno Figura 37 Epinastia em folhas de tomate provocada por tratamento com etileno As plantas controle estão à esquerda e as tratadas com etileno à direita Taiz Zeiger 1998 Algumas condições ambientais como encharcamento ou anaerobiose nas raízes dados obtidos com tomate provocam aumento na síntese de etileno na parte aérea produzindo a resposta epinástica Visto que estas condições ambientais são sentidas pelas raízes e a resposta ocorre na parte aérea acreditase que um sinal da raiz deve ser transportado para a parte aérea Este sinal parece ser o ACC o precursor imediato do etileno Acreditase que as condições anaeróbicas nas raízes as quais inibem a enzima ACC oxidase provocam o acúmulo do composto ACC Este ACC é transportado para a parte aérea via xilema Na parte aérea ele é convertido para etileno o qual induz a epinastia de folhas 268 c Expansão celular horizontal e o crescimento lateral do caule Em concentrações acima de 01 µL L1 o etileno muda o padrão de crescimento de plântulas reduzindo a taxa de alongamento e aumentando a expansão lateral Figura 38 A direção da expansão celular é determinada pela orientação das microfibrilas de celulose da parede celular Acreditase que o etileno induz uma gradual mudança no alinhamento das microfibrilas Figura 38 Redução no alongamento do caule aumento na expansão lateral e aumento no crescimento horizontal de raízes de ervilha tratadas com etileno As plantas controle estão à esquerda e as tratadas com etileno à direita Taiz Zeiger 1998 O tipo de crescimento horizontal que ocorre após exposição ao etileno pode executar importante papel durante a germinação particularmente sob determinadas condições de solo Por exemplo quando barreira física impede a emergência da plântula ocorre um aumento na produção de etileno induzindo então o crescimento horizontal o que permite à plântula encontrar condições no solo para propiciar a sua emergência d Promoção do crescimento do caule e de pecíolos de espécies submersas Embora o etileno seja associado com a inibição do alongamento do caule e a promoção da expansão lateral ele promove o alongamento do caule e pecíolos em várias espécies submersas em água arroz por exemplo Nestas espécies as partes submersas são induzidas a um rápido alongamento dos entrenós permitindo que as folhas fiquem acima da água Tratamento com etileno mimetiza os efeitos da submersão Nas plantas submersas o crescimento é estimulado por que o etileno acumulase nos tecidos É interessante notar que na ausência de O2 a síntese de etileno é diminuída No entanto a difusão do etileno é também diminuída no meio aquoso o que provoca o acúmulo de etileno No caso de plântulas de arroz os estudos têm mostrado que o etileno estimula o alongamento dos entrenós aumentando primariamente a sensibilidade das células do meristema intercalar às giberelinas endógenas Assim o efeito estimulante do etileno em plantas submersas pode ser mediado pelas giberelinas 269 e Florescimento em abacaxi Embora o etileno iniba o florescimento na maioria das espécies ele induz florescimento em abacaxi e em outras espécies taxonomicamente relacionadas ao abacaxi sendo usado comercialmente no cultivo de abacaxi para a sincronização da floração e estabelecimento do fruto O etileno pode mudar o sexo de flores em espécies que apresentam flores unisexuais A promoção de flores fêmeas em pepino é um exemplo Este processo de determinação do sexo está associado principalmente às giberelinas ver giberelinas f Senescência de folhas e de flores A senescência é um processo de desenvolvimento geneticamente programado que afeta todos os tecidos da planta Algumas linhas de evidências baseadas em estudos fisiológicos sugerem papéis para etileno e citocininas no controle da senescência de folhas Veja as principais evidências Aplicações de etileno ou de ACC aceleram a senescência de folhas enquanto tratamento com citocininas retarda Aumento na produção de etileno é associado à perda da clorofila De modo contrário altos níveis de citocininas estão associados ao acúmulo de clorofila Inibidores da síntese AVG AOA e Co2 e da ação Ag e CO2 do etileno retardam a senescência de folhas de flores e de frutos amadurecimento Por exemplo aplicação de tiossulfato de prata STS retarda a senescência de flores Figura 39 Plantas transgênicas superprodutoras de citocininas são mais ricas em clorofila e têm sua senescência retardada As evidências descritas acima sugerem que a senescência é regulada pelo balanço entre citocininas e etileno Em adição o ácido abscísico ABA tem sido implicado também no controle da senescência foliar Figura 39 Inibição da senescência de flores provocada pela aplicação de tiossulfato de prata STS um inibidor da ação do etileno As plantas tratadas com STS estão à esquerda e as não tratadas à direita Taiz Zeiger 1998 270 g Abscisão A queda de folhas de flores de frutos e de outras partes da planta é denominada abscisão O processo de abscisão ocorre numa camada específica de células conhecida como zona de abscisão localizada na base dos pecíolos pedicelo e pedúnculo a qual tornase morfológica e bioquimicamente diferenciada durante o desenvolvimento do órgão O enfraquecimento das paredes celulares na camada de abscisão depende da atividade de enzimas degradantes da parede celular tais como celulases hemicelulose e poligalacturonases O etileno parece ser o regulador primário do processo de abscisão com a auxina agindo como um supressor do efeito do etileno É interessante que concentrações supraótimas de auxinas estimulam a produção de etileno e consequentemente a queda de folhas Este é o princípio para o uso de substâncias análogas às auxinas como agentes desfolhantes Por exemplo o 245T o ingrediente ativo do agente laranja foi usado como desfolhante pelos Estados Unidos durante a Guerra do Vietnã o produto era aplicado por aviões sobre as florestas Esta substância atua aumentando a síntese de etileno estimulando desta forma a abscisão foliar Um modelo de controle hormonal da abscisão foliar descreve o processo em três fases distintas e seqüenciais Figura 40 Fase de manutenção da folha Esta fase é anterior à percepção do sinal que inicia a abscisão da folha Nessa situação se observa um gradiente decrescente de auxina da folha para o caule a qual mantém a zona de abscisão em um estado não sensível Fase de indução da queda A redução ou reversão do gradiente de auxina da folha para o caule normalmente associada com a senescência torna a zona de abscisão sensível ao etileno Fase de queda As células sensibilizadas da zona de abscisão respondem às baixas concentrações de etileno endógeno pela produção e secreção de celulases e outras enzimas degradantes da parede celular resultando na queda da folha Figura 40 Um esquema mostrando os papéis de auxinas e etileno durante a abscisão foliar Taiz Zeiger 1998 271 h Uso comercial do etileno Visto que o etileno regula muitos processos fisiológicos no desenvolvimento da planta ele é um dos hormônios de plantas mais amplamente usados na agricultura Auxinas e ACC podem estimular a biossíntese natural de etileno e são usados em alguns casos Devido a sua alta taxa de difusão hormônio gasoso tornase difícil a aplicação de etileno No entanto esta limitação pode ser sobrepujada pelo uso de compostos que liberam o etileno O mais amplamente usado é o etefon ácido 2cloroetilfosfônico o qual foi descoberto na década de 1960 este composto é conhecido como ethrel O etefon pulverizado na forma de solução aquosa é prontamente absorvido e transportado dentro da planta Ele libera o etileno lentamente em ambiente alcalino de acordo com a reação O etefon acelera o amadurecimento de frutos climatéricos sincroniza o florescimento e o estabelecimento do fruto em abacaxi acelera a abscisão de flores e frutos e promove a formação de flores femininas em pepino OBS Na prática é comum o uso do Carbeto de Cálcio conhecido vulgarmente como Carbureto Esse composto reage com a água e produz acetileno de acordo com a seguinte reação CaC2 2H2O C2H2 CaOH2 O acetileno C2H2 em altas concentrações pode atuar de forma semelhante ao etileno C2H4 O uso do carbeto de cálcio é comum no amadurecimento de frutos por exemplo bananas e no florescimento de abacaxi Uma vantagem do carbureto é o seu baixo custo quando comparado ao etrel A preservação de frutos climatéricos estocados também está associado ao etileno Um maior tempo de estoque pode ser obtido controlandose a atmosfera com baixas concentrações de O2 e baixas temperaturas fatores que inibem a biossíntese de etileno pelos frutos armazenados ou com o uso de altas concentrações de CO2 que inibe a ação do etileno Íons prata Ag podem também ser utilizado no aumento da longevidade de flores inibindo a ação do etileno ver Figura 39 44 Mecanismo de Ação A despeito da diversidade dos efeitos do etileno sobre o desenvolvimento das plantas as etapas primárias que definem o mecanismo de ação do etileno são aparentemente similares em todos os casos Elas envolvem a ligação do etileno a um receptor seguida da ativação de uma ou mais vias de transdução de sinal que resultam em respostas fisiológicas específicas Acreditase que o mecanismo é semelhante para todos os hormônios como apresentado no início desta unidade na Figura 3 272 Nos últimos anos muitas das descobertas à cerca do mecanismo de ação do etileno têm sido obtidas através de estudos com mutantes de Arabdopsis De acordo com esses estudos um modelo de sinalização celular envolvendo o etileno pode ser proposto Figura 41 Algum fator estimula a síntese de etileno e ele ligase ao receptor ETR1 receptor de etileno o qual é uma proteína integral de membrana A ligação do etileno ao receptor ETR1 resulta na inativação de um regulador negativo CTR1 constitutive triple response A inativação de CTR1 permite que a proteína transmembranar EIN2 tornese ativa Essa proteína transmembranar pode agir como um poro ou canal Uma substância possivelmente um íon pode difundirse através do canal EIN2 e ativar um fator de transcrição EIN3 Este EIN3 é uma proteína reguladora O fator de transcrição EIN3 age na regulação da expressão de genes nucleares que vão especificar uma determinada resposta fisiológica OBS ETR receptor do etileno EIN fator de trnscrição CTR regulador negativo da tríplice resposta Figura 40 Modelo de sinalização envolvendo o etileno como mensageiro primário em Arabidopsis Taiz Zeiger 1998 Figura 40 Modelo de sinalização envolvendo o etileno como mensageiro primário em Arabidopsis Taiz Zeiger 1998 Figura 41 Modelo de sinalização envolvendo o etileno como mensageiro primário em Arabidopsis Taiz Zeiger 1998 273 5 ÁCIDO ABSCÍSICO UM SINAL PARA A MATURAÇÃO DE SEMENTES E ANTIESTRESSE 51 Descoberta Por muitos anos fisiologistas de plantas suspeitaram que o fenômeno de dormência de semente e de gemas era regulado por um composto inibidor de crescimento e eles tentaram extrair e isolar tal composto Os experimentos realizados levaram à identificação de um grupo de compostos inibidores que diferiam quimicamente das auxinas Posteriormente uma substância que promovia a abscisão de frutos de algodão foi purificada e cristalizada tendo recebido o nome de Abscisina II Ao mesmo tempo uma sustância que promovia dormência de gemas foi purificada e ficou conhecida como Dormina Quando esta última substância foi quimicamente identificada observouse que ela era idêntica à Abscisina II A partir de então o composto foi renomeado como ácido abscísico ABA devido ao seu suposto envolvimento no processo de abscisão Atualmente sabese que o etileno é o hormônio que promove a abscisão e que a abscisão de frutos de algodão induzida por ABA era devida a sua capacidade para estimular a síntese de etileno Apesar disso o ABA é reconhecido com um importante hormônio vegetal Ele age como regulador negativo do crescimento da parte aérea e do movimento estomático particularmente quando a planta está submetida a estresse ambiental Outra importante função do ABA é observada na regulação da dormência de sementes Neste aspecto dormina poderia ter sido um nome mais apropriado para este hormônio Porém o nome ácido abscísico ABA é ampla e firmemente colocado na literatura 52 Ocorrência Metabolismo e Transporte O ABA tem sido detectado amplamente nas plantas vasculares e em musgos menos em hepáticas Dentro da planta o ABA tem sido detectado em todos os órgãos e tecidos vivos desde a coifa da raiz até a gema apical da parte aérea Ele é sintetizado em quase todas as células que possuem cloroplastos ou amiloplastos O ABA pode ser encontrado na forma livre ou conjugado com monossacarídeos Essa forma conjugada se acumula principalmente nos vacúolos O ABA na forma livre é encontrado no citosol podendo uma parte ficar localizada nos plastídios A estrutura química do ABA assemelhase à porção terminal de algumas moléculas de carotenóides Os 15 átomos de carbono do ABA formam Figura 42 Um anel alifático com uma dupla ligação e três grupos metil Uma cadeia lateral insaturada que possui um grupo carboxílico A orientação do grupo carboxílico no carbono 2 determina os isômeros cis e trans do ABA Figura 42 O ABA de ocorrência natural está na forma cis e por convenção o nome ácido abscísico referese a este isômero A forma trans é inativa porém pode ser convertida para a forma cis ativa O ABA também possui um átomo de carbono assimétrico na posição 1do anel o qual é responsável pelos enantiômeros S e R Figura 42 O enantiômero S é forma natural de ABA encontrada nos vegetais Em geral as formas comerciais de ABA possuem uma mistura com concentrações praticamente iguais dos enantiômeros S e R O enantiômero S é o único que é ativo em respostas de curto prazo ao ABA como o fechamento estomático Em respostas de longo prazo tal como mudanças na síntese de proteínas ambos enantiómeros são ativos É importante destacar que ao contrário dos isômeros cis e trans as formas S e R não são interconvertidas no tecido vegetal Isto significa dizer que em trabalhos com respostas de curto prazo ao ABA como fechamento estomático devese aplicar o dobro da concentração do ABA comercial para se ter a concentração desejada de ABA ativo S Figura 42 A estrutura química dos enantiómeros S e R do cis ABA e o enantiómero S do transABA Taiz Zeiger 1998 Estudos de requerimento estrutural para a atividade biológica do ABA têm mostrado que algumas mudanças na molécula resultam na perda da atividade As características da molécula que parecem essenciais para a atividade biológica são O grupo carboxílico O grupo hidroxila terciário 1 OH A cadeia lateral 2cis4transpentadienóico O grupo cetona 4cetona E a dupla ligação no anel ciclohexano Os produtos do catabolismo do ABA presentes no tecido que representam as perdas desses grupos são biologicamente inativos O ABA é sintetizado a partir de um intermediário da biossíntese de xantofilas pigmentos A etapa inicial da biossíntese de ABA ocorre no cloroplasto de tecidos fotossintetizantes ou em outros plastídios no caso de tecidos que não fotossintetizam A via começa com isopentenil difosfato IPP a unidade biológica de isopreno o qual serve como precursor de uma xantofila com 40 átomos de carbono a zeaxantina Figura 42 O IPP é precursor de todos os terpenóides incluindo outros hormônios vegetais sendo neste caso sintetizado por uma via independente do ácido mevalônico localizada nos plastídios neste caso o IPP é derivado do piruvato 3fosfoglicerato A zeaxantina C40 é convertida para violaxantina Esta é convertida para 9cisneoxantina o qual é clivado para formar o xantoxal C15 um composto formado por 15 átomos de carbono com propriedades químicas similares às do ABA A localização da clivagem da 9cisneoxantina não é conhecida pode ocorrer no cloroplasto Finalmente o xantoxal é convertido para ABA via um intermediário ABAaldeído no citosol Figura 43 274 275 Figura 43 Metabolismo do ABA em plantas superiores Taiz Zeiger 1998 276 O metabolismo do ABA é particularmente interessante por que seus níveis são alterados de forma abrupta em determinados tecidos durante o desenvolvimento ou em resposta às mudanças nas condições ambientais Em sementes em desenvolvimento por exemplo os níveis de ABA podem aumentar cerca de 100 vezes em poucos minutos e depois declinam para níveis baixos quando a maturação ocorre Já em plantas submetidas a estresse hídrico os níveis de ABA nas folhas podem aumentar cerca de 50 vezes após 4 a 8 horas de estresse Após 4 a 8 horas do retorno da irrigação se observa um declínio nos níveis de ABA para valores iniciais A biossíntese não é o único fator que regula a concentração de ABA no tecido Como ocorre com outros hormônios a concentração de ABA livre no citosol é também regulada pela degradação transporte e compartimentalização Por exemplo o aumento na concentração de ABA nas célulasguarda durante o estresse hídrico ocorre como resultado da síntese na folha redistribuição dentro do mesofilo e importação do ABA produzido nas raízes Já o declínio nos níveis de ABA após a reirrigação é conseqüência da degradação e do transporte para outras partes da planta bem como de um decréscimo na taxa de síntese A principal causa de inativação de ABA livre é a oxidação Figura 43 produzindo um intermediário instável 6hidroximetilABA o qual é rapidamente convertido para ácido faséico PA e ácido dihidrofaséico DPA O ácido faséico é usualmente inativo No entanto ele pode induzir fechamento estomático em algumas espécies e atua na inibição da produção da enzima αamilase induzida por giberelinas na camada de aleurona de sementes de cereais durante a germinação O ABA livre pode também ser inativado pela conjugação covalente com outras moléculas principalmente monossacarídeos Figura 43 A conjugação inativa o ABA como hormônio e altera sua polaridade e distribuição na célula Um exemplo comum de conjugado é o do Éster ABAβDglicosil ABAGE O ABA na forma livre é encontrado principalmente no citosol enquanto o ABAGE se acumula no vacúolo podendo servir como uma forma de estoque de ABA O transporte de ABA pode ocorrer tanto via xilema como via floema porém ele é normalmente mais abundante no floema Quando ABA marcado radioativamente é aplicado em folhas ele é transportado para caules e raízes via floema Já o ABA produzido nas raízes parece ser transportado principalmente via xilema Isto ocorre quando as plantas são submetidas a estresse hídrico Figura 44 Acreditase que as raízes percebem a falta de água e sintetizam o ABA que é transportado para as folhas É provável que o ABA funcione como um sinal enviado pelas raízes que reduz a taxa de transpiração perda de água promovendo o fechamento estomático O interessante é que embora a concentração de apenas 3 µM de ABA no apoplasto das folhas seja suficiente para fechar o estômato nem todo o ABA no xilema realmente alcança as célulasguarda Boa parte do ABA do xilema é absorvido e metabolisado nas células do mesofilo No entanto durante o estágio inicial de estresse hídrico o pH da seiva do xilema aumenta de 63 para 72 Essa alcalinização do apoplasto favorece a formação do ABA dissociado representado como ABACOO ou ABA o qual não atravessa facilmente a membrana celular Com isso menos ABA penetra nas células do mesofilo e consequentemente mais ABA alcança as célulasguardas Figura 44 Assim o aumento no pH do apoplasto funciona como um sinal que provoca a redistribuição do ABA nas folhas favorecendo o acúmulo desse hormônio nas célulasguarda e consequentemente o fechamento estomático 277 Os fatores que afetam os níveis de ABA citosólico de plantas são os seguintes Figura 44 Redistribuição de ABA na folha resultante da alcalinização da seiva do xilema durante o estresse hídrico Note à esquerda pH 63 sob condições normais que boa parte do ABA do xilema é absorvido no mesofilo À direita o pH de 72 sob estresse hídrico promove a formação do ABA o qual é direcionado para as célulasguardas Taiz Zeiger 1998 Biossíntese plastídios Conjugação vacúolo estoque Oxidação degradação Transporte Floema folha Xilema raíz ABA citosol Biossíntese plastídios Conjugação vacúolo estoque Oxidação degradação Transporte Floema folha Xilema raíz ABA citosol 53 Papel Fisiológico O ABA atua como regulador primário na iniciação e na manutenção da dormência de sementes e de gemas e nas respostas de plantas ao estresse particularmente estresse hídrico estresse por frio e salinidade também provocam aumento nos níveis de ABA Em adição o ABA influencia muitos aspectos do desenvolvimento da planta atuando como antagonista de auxinas citocininas e giberelinas a Desenvolvimento de sementes O desenvolvimento da semente pode ser dividido em três fases de aproximadamente igual duração Durante a primeira fase a qual é caracterizada pelas divisões celulares o zigoto sofre embriogênese e o tecido do endosperma prolifera no caso de sementes endospérmicas A segunda fase começa com a cessação da divisão celular e termina com a desidratação e o final do desenvolvimento Durante a segunda fase ocorre o acúmulo de compostos de estoque o embrião tornase tolerante à desidratação e a semente se desidrata perdendo acima de 90 do seu conteúdo de água Tipicamente o conteúdo de ABA é muito baixo no início da embriogênese alcança um valor máximo num ponto intermediário e então decresce gradualmente ficando o conteúdo de ABA muito baixo quando a semente alcança a maturidade Coincidente com o período em que os níveis endógenos de ABA são altos observase o acúmulo de mRNAs específicos no embrião que codificam as proteínas LEA late embryogenesis abundant proteínas abundantes no final da embriogênese as quais parecem estar envolvidas na tolerância do embrião à dessecação Assim a síntese das proteínas LEA está sob o controle do ABA indicando que ele promove a tolerância dos embriões à dessecação Além disso o ABA parece ser requerido para a expressão de genes que codificam proteínas de estoque durante a embriogênese b Dormência de sementes Durante a maturação da semente o embrião entra em uma fase quiescente latência em resposta à dessecação A germinação pode ser definida como o retorno do crescimento do embrião da semente madura Ela depende das mesmas condições ambientais necessárias para o crescimento vegetativo da planta Água e oxigênio devem estar disponíveis e a temperatura e demais condições ambientais devem ser adequadas No entanto em muitos casos uma semente viável poderá não germinar mesmo que todas as condições ambientais necessárias para o crescimento sejam adequadas Este fenômeno é denominado dormência de sementes Existem dois tipos de dormência de sementes A dormência imposta pela casca ou outros tecidos que circundam o embrião A dormência inerente ao embrião A dormência imposta pela casca tegumento ou por outros tecidos pode ocorrer por alguns mecanismos Impedimento da absorção de água Dureza mecânica Interferência nas trocas gasosas Retenção de inibidores 278 Produção de inibidores Alguns tegumentos de sementes podem conter concentrações relativamente altas de inibidores de crescimento como o ABA os quais podem suprimir a germinação do embrião O segundo tipo de dormência de sementes é a dormência do embrião ou seja ela é inerente ao embrião e não é devida a alguma influência do tegumento ou de outro tecido da semente Este tipo de dormência é devido provavelmente à presença de inibidores especialmente o ABA bem como da ausência de promotores tal como as giberelinas A perda da dormência é freqüentemente associada com uma nítida queda na relação ABAGAs O ABA parece inibir a síntese de enzimas hidrolíticas dependentes de GAs como por exemplo a enzima αamilase c Fechamento estomático A elucidação dos papéis do ABA nos estresses por frio salinidade e hídrico levaram à caracterização do ABA como o hormônio do estresse Como já comentamos anteriormente a concentração de ABA nas folhas pode aumentar cerca de 50 vezes em plantas submetidas a estresse hídrico O ABA é muito efetivo no fechamento estomático e sua acumulação nas folhas de plantas estressadas executa um importante papel na redução das perdas de água pela transpiração sob condições de seca Figura 45 Por outro lado alguns estudos têm mostrado decréscimo na abertura estomatal antes que ocorra um aumento no conteúdo total de ABA na folha Esta aparente inconsistência é explicada por estudos que mostram que a resposta inicial do fechamento estomático é causada pela redistribuição de ABA dentro da folha Figura 44 Figura 45 Mudanças no potencial hídrico do solo na resistência estomática e no conteúdo de ABA nas folhas de milho em resposta ao estresse hídrico Taiz Zeiger 1998 280 Note na figura 45 que a interrupção da aplicação de água provocou uma queda no potencial hídrico do solo a partir do dia 2 com conseqüente acúmulo de ABA e fechamento estomático Com o retorno da irrigação no dia 5 o potencial hídrico do solo aumentou os níveis de ABA decresceram e os estômatos se abriram a menor resistência estomática indica maior abertura d Condutividade hidráulica e fluxo de íons A aplicação de ABA a tecidos radiculares estimula os fluxos de água e de íons sugerindo que o ABA regula a turgescência das células da folha não somente pelo decréscimo na transpiração promovendo o fechamento do estômato mas também favorecendo o influxo de água nas raízes O ABA parece aumentar o fluxo de água aumentando a condutividade hidráulica das células das raízes e Crescimento da raiz e da parte aérea O ABA tem diferentes efeitos sobre o crescimento da raiz e da parte aérea e os efeitos dependem fortemente do status hídrico da planta Sob condições de baixo potencial hídrico estresse hídrico quando os níveis de ABA são altos o hormônio endógeno exerce um efeito positivo sobre o crescimento da raiz e inibe o crescimento da parte aérea O resultado é que plantas estressadas apresentam um aumento na relação raizparte aérea Figura 46 A ação do ABA na manutenção da turgescência da planta f Senescência de folhas ver também citocininas e etileno O ABA está claramente envolvido na senescência de folhas e acreditavase que esta promoção da senescência poderia estar relacionada com o estímulo na produção de etileno No entanto experimentos com mutantes de Arabidopsis indicaram que o efeito do ABA sobre a senescência de folhas não é mediado pelo etileno Aparentemente o ABA é o agente iniciante da senescência enquanto o etileno parece exercer seus efeitos em estágio posterior Aumenta a permeabilidade para água Aumenta a absorção de íons Promove o crescimento da raiz Promove a formação de novas raízes Raiz ABA Promove o fechamento estomático Inibe o crescimento foliar Folha ABA Manutenção da turgecência Mais água é absorvida g Dormência de gemas Como já comentamos anteriormente ver auxinas a remoção do ápice da parte aérea provoca a redução nos níveis de ABA nas gemas laterais e isto provoca o crescimento dessa gemas Altos níveis de AIA auxina no ápice da parte aérea podem manter altos níveis de ABA na gema lateral causando inibição do seu crescimento 54 Mecanismo de Ação O ABA está envolvido em processos de desenvolvimento de respostas lentas ex maturação de sementes bem como efeitos fisiológicos de respostas rápidas ex fechamento estomático Os processos de respostas lentas inevitavelmente envolvem mudanças no padrão da expressão gênica O ABA atua induzindo os genes do tipo ABRE elementos de resposta ao ácido ascísico e reprimindo os genes do tipo GARE elementos de resposta às giberelinas Enquanto as respostas fisiológicas rápidas envolvem freqüentemente alterações no fluxo de íons através das membranas da célula As vias de transdução de sinal as quais amplificam o sinal primário gerado quando o hormônio se liga ao receptor são requeridas em todas as respostas relacionadas com o ABA tanto as lentas como as rápidas Embora o ABA possa interagir diretamente com fosfolipídios de membrana é amplamente aceito que o receptor de ABA é uma proteína No entanto até o momento a proteína receptora do ABA não foi identificada Alguns experimentos têm sido realizados para determinar se o hormônio deve entrar na célula para ser efetivo ou se ele pode agir externamente ligandose ao receptor na superfície externa da célula plasmalema Alguns resultados indicam que o receptor se encontra na superfície externa da célula mais ainda existem controvérsias O efeito mais bem conhecido do ABA é a promoção do fechamento estomático Em geral a resposta das célulasguarda ao ABA parece ser regulada por mais de uma via de transdução de sinal Uma vez ligado ao receptor o complexo ABAreceptor aciona três sinais distintos aumento na concentração de Ca2 citosólico aumento na concentração de Inositol 145trifosfato IP3 e variação do pH do citosol Figura 47 Observe a seguinte seqüência Figura 47 O complexo do ABAreceptor 1 ativa canais de Ca2 na membrana celular 2 favorecendo a absorção de cálcio pelas célulasguardas O complexo do ABAreceptor ativa canais de efluxo de cloreto 3 promovendo sua saída das célulasguardas O complexo do ABAreceptor também ativa uma proteína G a qual provoca um aumento nos níveis de IP3 4 O aumento nos níveis de IP3 provoca a liberação do Ca2 do vacúolo 5 mediante à ativação de canais de cálcio no tonoplasto membrana do vacúolo Assim o aumento na concentração de Ca2 citosólico devese à absorção via canais ativados por ABA na membrana plasmática e da liberação de Ca2 dos compartimentos internos vacúolos RE e mitocôndrias O aumento na concentração de Ca2 citosólico estimula a abertura de canais de efluxo de ânions Cl e inibe a abertura de canais de influxo de K 6 O complexo do ABAreceptor também provoca o aumento no pH citosólico 7 o qual ativa os canais de efluxo de K 8 que promovem a saída de K das célulasguardas para as células epidérmicas adjacentes e inibem a atividade ATPásica da menbrana plamática O íon K também deixa a célula em resposta à despolarização da membrana causada pelo efluxo de Cl A saída dos íons leva a um aumento no Ψs e consequentemente no Ψw das célulasguardas Com isso a célulaguarda perde água para a sua vizinhança e consequentemente ocorre diminuição da sua turgescência e finalmente o estômato fecha 1 O ABA ligase ao seu receptor 2 A ligação do ABA induz a formação de espécies reativas de oxigênio as quais ativam canais de Ca2 da membrana plasmática 3 O ABA aumenta os níveis do ADPribose cíclico e do IP3 os quais ativam canais de cálcio adicionais no tonoplasto 4 O influxo do cálcio inicia oscilações de cálcio intracelular e promove a posterior liberação do cálcio dos vacúolos 5 O aumento do cálcio intracelular bloqueia os canais Kin 6 O aumento do cálcio intracelular promove a abertura do canal ânion Clout na membrana plasmática causando a despolarização da membrana 7 A bomba de próton da membrana plasmática é inibida pelo aumento do cálcio citosólico induzido pelo ABA e por um aumento intracelular do pH despolarizando posteriormente a membrana 8 A despolarização da membrana ativa canais K out 9 Para que o K e as ânions saiam através da membrana plasmática é necessário que sejam primeiro liberados dos vacúolos para o citosol Figura 47 Modelo simplificado da sinalização do ABA nas célulasguarda do estômato O efeito resultante é a perda do potássio e de seu ânion Cl ou malato2 da célula Rreceptor EROespécies reativas de oxigênio ADPRc ADPribose cíclico Proteína G proteína que liga ao GTP PLC fosfolipase C 283 BIBLIOGRAFIA FERRI M G Coord Fisiologia Vegetal volumes 1 e 2 2nd ed São Paulo EPU 1985 361p HOPKINS W G Introduction to Plant Physiology 2nd ed New York John Wiley Sons Inc 2000 512p KENDE H ZEEVAART J A D The five classical plant hormones The Plant Cell 911971210 1997 SALISBURY F B ROSS C W Plant Physiology 4th ed California Wadsworth Publishing Company Inc 1991 682p TAIZ L ZEIGER E Plant Physiology 1st ed California The BenjaminCummings Publishing Company Inc 1991 559p 284 ESTUDO DIRIGIDO No 10 UNIDADE HORMÔNIOS E REGULADORES DE CRESCIMENTO ASSUNTO CITOCININAS ETILENO E ÁCIDO ABSCÍSICO 1 A citocinina é uma substância reguladora do crescimento vegetal Qual o seu papel no processo de divisão celular Descreva 2 Quais as principais citocininas naturais e sintéticas Qual a característica estrutural comum às citocininas e que parece ser determinante para a sua atividade hormonal 3 Quais os locais de síntese de citocininas nas plantas Como elas são transportadas 4 Descreva o papel das citocininas nos seguintes processos Morfogênese em cultura de tecidos Dominância apical Senescência de folhas 5 Como ocorreu a descoberta do Etileno 6 Qual o composto precursor do etileno em plantas superiores Indique as etapas principais da sua biossíntese 7 Indique algumas alternativas para aumentar ou diminuir a biossíntese de etileno em órgãos vegetais 8 Qual o papel do Etileno nos seguintes processos Amadurecimento de frutos Epinastia de folhas Senescência de folhas e flores Abscisão foliar 9 Explique a utilização do etefon e do carbeto de cálcio CaC2 no florescimento de abacaxi e no amadurecimento de frutos de banana 10 Descreva resumidamente a respeito da química metabolismo e transporte de ácido abscísico ABA 11 Qual o papel do ABA nos seguintes processos Desenvolvimento de sementes Dormência de sementes Fechamento estomático 12 Explique o mecanismo de ação do ABA no fechamento estomático induzido pelo estresse hídrico