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MARCELO C. DORNELASdornelas@unicamp.br

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

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P2

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I2

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