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MARCELO C. [email protected]
BV581 - Fisiologia Vegetal Básica -Desenvolvimento
¨Hormônios Vegetais: Auxinas¨
Hormônios
Definição de hormônio usada para animais:
¨Substância orgânica reguladora do desenvolvimento que é produzida por glândulas endócrinas e é transportada para outras partes do corpo onde exerce seu efeito¨
Hormônios Vegetais:
- Substâncias orgânicas reguladoras do desenvolvimento- Efeito mesmo em pequenas concentrações (>1micromolar)- Efeito depende da concentração (indutor vs. repressor)- Produzidos em um tecido/órgão da planta e transportados para outro onde exercem efeito- Efeito varia de tecido para tecido.
Auxinas:
-Histórico
-Biossíntese e metabolismo
- Funções Biológicas
- Mecanismo de ação
coleoptilo
Semente de aveiaRaízes
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Fototropismo de coleoptilos de aveiaEstudado por Charles e Francis Darwin (1880)
luz
Lado sombreado do coleoptilo
Lado iluminadodo coleoptilo
As células dolado sombreadodo coleoptiloexpandem-se maisdo que lado iluminado
Como esta expansãodiferencial é controlada?
Como a planta ?percebe?De que lado está a luz?
luz
controle
ápicedecapitado
basecoberturaopaca
ápicecoberturatransparente
ápicecoberturaopaca
ápiceseparado por gelatina
ápiceseparado por mica
Experimentos de Went (EUA,1926-28)
Bloco de gelatina Ápice decapitado docoleoptile é colocadosobre bloco de gelatina
Bloco de gelatinacontendo exsudadodo ápice
controle
bloco sem
exsudado
Bloco de gelatina contendo substância derivada do ápiceinduz crescimento docoleoptile
Went identifica a substância como sendoum hormônio e dá o nomede AUXINA
AUXINA vem do grego a??e??(auxein = crescer, aumentar)
Década de 1930: Kölg & Haagen-Smith (Holanda)Thimman (EUA)
Auxina é Ácido indol-3-acético (AIA)
Kenneth Vivian Thimann
AIA possui função de Auxina
18h em água
Placas de Petri contendo coleoptilos de aveia
18h em soluçãode AIA
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AIA é a auxina natural mais comum e mais relevante fisiologicamente, mas há outrasauxinas naturais ativas
Auxinas também podem existir nas plantas naforma CONJUGADA, o que as torna INATIVAS
Conjugados de BAIXO peso molecular
Conjugados de ALTO peso molecular
Atuam como formas intermediárias antes do processo de degradação das auxinas
Conjugados de amida, ésteres, metila, inositol, etc.
Atuam como formas de estocagem reversível do AIA
AIA_glucanos (50-70 glicoses)AIA-peptídeosAIA-glicoproteínas (em sementes)
DICAMBA(ácido 3,6 – dicloro-2- metoxi
benzóico)
2,4-D(ácido 2,4-diclorofenoxi
acético)
2,4,5-T(ácido 2,4,5-triclorofenoxi
acético)
NAA(ácido 1-naftaleno acético)
Auxinas sintéticasAuxina:
-Histórico
-Biossíntese e metabolismo
- Funções Biológicas
- Mecanismo de ação
Via biossintética do AIA(em plantas e bactérias)
TRIPTOFANOÉ geralmentea molécula de origem
Via biossintética do AIA(em plantas e bactérias)
TRIPTOFANOÉ geralmentea molécula de origem
Esta viaAPENAS embactérias
iaaM hidrolase
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Principal via biossintética do AIAem plantas, a partir do triptofano,
envolve o produto dos genes YUCCA(flavina-monooxigenases)
Aumento de expressão dos genes YUCCAinduz aumento de síntese de auxina
Mutante quádruplo dos genes YUCCA produz pouquíssima auxina e tem defeitos na formação de raízes e outros órgãos
Os genes YUCCA se expressam de forma diferente, mas a maioria se expressa em
embriões, meristemas caulinares e folhas jovens
cotilédones
Meristema caulinar
Corte longitudinal de um embrião
Portanto os principaislocais de síntese
de auxinas sãoos meristemas
caulinarese folhas jovens, bem
como frutos e sementes em
desenvolvimento !
Distribuição de moléculas fluorescentes de auxina indicam gradientes de auxina na planta
Ken-ichiro Hayashi et al. PNAS 2014;111:11557- 11562
©2014 by National Academy of Sciences
Portanto auxinasdevem ser
transportadaspara locais onde
nãosão sintetizadas !
Experimentos dos anos 1960/70 indicaram que as auxinas são transportadas de
forma polar pela planta
ápicecaulinar
hipocótilo
Plântularecém-germinada
Parteexcisada
Porçãobasal (B)
Porçãoapical (A)
Bloco de gelatinadoador
contendo auxinaradioativa
Bloco de gelatinareceptor
sem auxina
B
B
A
A
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Transporte polar de auxinas
Modelo Quimiosmótico:
Influxo:- Passivo- mediado por permeases AUX1
Efluxo:- Mediado por proteínas PIN localizadas de forma POLAR
AUX1
PIN
Membranaplasmática
Parede celular
Citosol
Vacúolo
PermeaseAUX1
Ápice da planta
Baseda planta PINFORMED1 (PIN1)PINFORMED1 (PIN1)
Mutantes pin de Arabidopsispraticamente não formamtecidos aéreos e possuem sistema radicular rudimentar
Gordon, S.P., Heisler, M.G., Reddy, G.V., Ohno, C., Das, P., Meyerowitz, E.M. Development, 2007, 134 (19): 3539-3548.
Proteínas PIN possuem distribuição polarizada nas células
Usando microscopia confocal de fluorescência, a distribuição de PIN1:GFP pode ser observada. Nesta imagem, PIN1:GFP está localizada na porção BASAL da membrana plasmática
PIN
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GFPPIN1pro PIN1 GFP
mRNAPIN1
Existem 8 proteínas PINem Arabidopsis
Cada proteína PIN possui um padrão polar de distribuição, que pode variar em diferentes tecidos e órgãos, indicando diferentes direções do fluxo de auxina na planta
Na raiz, PIN1 localiza-se na porção BASAL das células do interior (tecido provascular)
...Mas PIN2 está localizada na porção APICAL das células periféricas da raiz
... E PIN3 e PIN4 redistribuem auxina no ápice da raiz
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O transporte polar de auxinas é necessário para a iniciação de órgãos da parte aérea
Reinhardt D., Mandel, T., and Kuhlemeier , C. (2000) Auxin regulates the initiation and radial position of plant lateral organs Plant Cell 12: 507- 518
O ápice caulinarde mutantes pin1não produzemórgãos laterais.
meristema
Meristema apical caulinar de
Arabidopsis (WT)
Meristema apical caulinar do mutante pin1
Desta forma, o transporte polar de auxina interfere com a produção de órgãos aéreos.
Um maximum local de auxina é necessário para a organogênese
Reinhardt D., Mandel, T., and Kuhlemeier , C. (2000) Auxin regulates the initiation and radial position of plant lateral organs Plant Cell 12: 507-518 .
38 horas após a aplicação
A aplicação exógena de auxina (mostrado como um ?blob?vermelho) estimula a formação de primórdios de folhas no meristema apical caulinar do mutante pin1
PIN1 também está localizada nas células do meristema apical caulinar, mas de forma DINÂMICA
A polaridade da proteína PIN1 induz a formaçãode um maximum de auxina na região do início de
formação de um primórdio
Esta observação é consistente com a emergência de um primórdio no local de aplicação exógena de auxina
I1PIN1 na periferia da célula determina o sentido do fluxo de auxina
Uma reversão da polaridade de PIN1 modifica a posição do próximo maximum,
especificando o local de formação do próximo primórdio
P3
P2
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tempo
Smith R. S. et.al. PNAS 2006;103:1301-1306
Pico de concentraçãode auxina
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A simulação do transporte polar de auxina no meristema caulinar pode gerar padrões filotáxicos
Smith, R.S., Guyomarc'h, S., Mandel, T., Reinhardt, D., Kuhlemeier, C., and Prusinkiewicz, P. (2006). A plausible model of phyllotaxis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103: 1301-1306,
timePicos de auxina acumulam-se numa simulação de computador
Os espaçamentos
dos picos podem mudar
com o aumento ou redução da
taxa de transporte
Os padrões que emergem assemelham-se à distribuição de primórdios
(PIN é representada em vermelho e o verde claro, maiores concentrações de auxina)
Uma simulação 4D do modelo imita a filotaxia do meristema apical caulinar
A simulação inicia-se com um embrião radialmente simétrico e produz um padrão filotáxico espiralado.
Smith, R.S., Guyomarc'h, S., Mandel, T., Reinhardt, D., Kuhlemeier, C., and Prusinkiewicz, P. (2006). A plausible model of phyllotaxis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103: 1301-1306,
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Depois da iniciação dos primórdios, a distribuição de PIN1 modifica-se, direcionando o fluxo de
auxina para o desenvolvimento da nervura central das folhas
Poethig , R.S. and Sussex ,I.M. (1985) The developmental morphology and growth dynamics of the tobacco leaf.Planta 165: 158-169.
Reinhardt D., Pesce, E.-R., Stieger, P., Mandel, T., Baltensperger, K., Bennett, M., Trass, J., Friml, J., Kuhlemeier, C. Regulation of phyllotaxis by polar auxin transport. Nature 426 , 255-260; (2003).
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Padrão do transporte polar de auxina pelas proteínas PINem diferentes tecidos
Klaartje van Berkel et al. Development 2013;140:2253 -2268
Proteínas PINgeram um fluxo
de auxinaque percorretodo o corpo
da planta!
No sentidoBASÍPETO pelo
INTERIOR e ACROPÉTALO pela
PERIFERIAda planta!!!
TIBA(ácido 2,3,5 Triiodobenzóico)
NPA(ácido N-1-naftil-ftalâmico)
Algumas drogas são capazes de bloquear o transporte polar de auxina
+100mM NPA+100mM NPA
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Auxinas:
-Histórico
-Biossíntese e metabolismo
- Funções Biológicas
- Mecanismo de ação