AUXINAS Hormnios de crescimento Introduo n n n

AUXINAS Hormônios de crescimento

Introdução n n n n Hormônios vegetais ou fitormônios: substâncias produzidas pelas plantas que geralmente em baixas concentrações causam respostas fisiológicas. Reguladores de crescimento são substâncias sintéticas que atuam como hormônios. Auxinas foram o 1º grupo a ser descoberto. Final do séc. XIX, Charles Darwin observou curvaturas de plântulas de gramíneas em resposta à iluminação lateral. Substância produzida nos ápices difundia-se de coleóptilos para blocos de Agar. Auxina foi a denominação proposta por Frits Went (1926 - Holanda). Palavra de origem grega, auxein, que significa crescer ou aumentar. 1946 deu-se isolamento e caracterização química do ácido indolil -3 - acético (AIA), auxina natural mais ativa de plantas.

Coleóptilos

Peter Boysen-Jensen. Fisiologista dinamarques

Arpad Paál - Hungria Frits Warmolt Went. Fisiologista holandês

Biossíntese de AIA- ácido indolil-3 -acético Precursores n 1) Aminoácido triptofano. n 2) Indol-3 -glicerol fosfato ou indol. Locais de síntese: n Meristema apical caulinar. n Folhas jovens. n Frutos jovens e sementes. n Pouco em ápices radiculares.

GUS- gene que codifica a enzima Beta-Glucuronidase, que não ocorre em plantas. Esse gene foi clonado ao promotor de um gene SAUR cuja expressão ocorre em locais com alta concentração de auxinas e sua expressão é dose-dependente. Dessa forma, ele indica onde há auxinas. A Beta-Glucuronidase, pode ser histoquimicamente marcada com corantes. 5 -Bromo-4 -chloro-1 H-indol-3 -yl β-Dglucopyranosiduronic acid

Biossíntese de auxinas a partir de triptofano

n Outras auxinas naturais menos ativas que AIA. n Ácido 4 - cloro-indol-3 -acético n Ácido fenilacético n Ácido indolil- 3 - butírico (AIB)

Auxinas sintéticas

Transporte de auxinas n Transporte pode ser polar basípeto, ou seja, do ápice para a base da planta. n Ou acrópeto, do ápice radicular para o córtex radicular n Pode ocorrer de célula a célula e/ou via floema. n Nos caules, folhas e raízes pode ocorrer no parênquima vascular e através do floema.

Transporte polar em hipocótilos

Transporte polar de auxinas Modelo quimiosmótico do transporte n As H+ ATPases de membranas celulares geram gradiente eletroquímico através da membrana. n Hidrolisam ATP e H 2 O. n Fazem o bombeamento de prótons H+ para paredes celulares (p. H 5, 0) e OH- para citosol (p. H 7, 0). Parede celular Citosol p. H 7, 0 p. H 5, 0

n AIA é um ácido fraco e lipofílico. n Nas paredes celulares predomina AIAH (protonado) devido ao p. H ao redor de 5, 0. n No citosol, grande parte é AIA¯ (aniônico) devido ao p. H ao redor de 7, 0 n AIAH entra na célula por duas vias: n 1) Pela difusão simples. n 2) Pelo co-transporte com H+ mediado pelas proteínas AUX transportadoras de AIA, também chamadas de permeases. n Neste caso, usa o transporte ativo secundário. n AIA sai da base celular via proteína transportadora de efluxo PIN (pin shaped inflorescences, isolada de Arabidopsis).

PIN

Na parede celular da parte apical da célula, ocorre o cotransporte de AIA junto ao H+, pelos carregadores AUX ou pela difusão. O AIA¯ sai da parte basal do citoplasma através das proteínas carregadoras PIN.

n Proteínas PIN não são fixas na membrana. n São transportadas para compartimentos celulares. n Retornam à membrana quando necessárias. n Seu movimento é dirigido pelo citoesqueleto de actina. n Redistribuição lateral de PIN ocorre após estímulos luminosos ou de gravidade.

n Mutantes de Arabidopsis pin 1 apresentam falhas na produção de proteína PIN. n Ausência de distribuição lateral de PIN. n Transporte de AIA é apenas basal. n Meristema apical da inflorescência tem haste desprovida de órgãos florais devido ao bloqueio no transporte lateral de auxinas. n Auxinas atuam na sinalização de eventos para organogênese de meristema apical de inflorescência.

Haste floral Sem inflorescência

Anatomia de raízes Localização das proteínas AUX 1 em raízes por imunolocalização As proteínas AUX localizam-se na columela, na parte lateral da coifa e nos tecidos do estelo.

Evidência do transporte polar de auxinas Base caulinar

MODO DE AÇÃO DAS AUXINAS n Auxinas são substâncias lipofílicas. n Têm a capacidade de atravessar membranas celulares por difusão ou carregadores. n Moléculas de auxinas precisam apresentar anel aromático para ter atividade. n Devem se ligar a um receptor protéico nas membranas. n Proteínas receptoras de auxinas são chamadas de ABP (proteínas ligadoras de auxina) e proteínas Rx. n Há três sítios celulares de receptores: RE, membrana plasmática e tonoplasto. n Maior parte ocorre no RE. n ABP 1 tem alta afinidade e causa expansão celular. n Rx tem baixa afinidade e causa divisão celular.

RECEPTORES DE AUXINAS

PRINCIPAIS EFEITOS FISIOLÓGICOS DE AUXINAS n Ativação de divisão celular. n Indução de crescimento celular por alongamento e expansão. n Indução de diferenciação celular. n Diferenciação de tecidos vasculares. n Desenvolvimento radicular e indução de enraizamento. n Fototropismo e gravitropismo (ou geotropismo). n Desenvolvimento de flores e frutos. n Controle de abscisão foliar. n Manutenção de dominância apical.

DIVISÃO CELULAR n Auxinas + citocininas causam proliferação celular de tecidos de folhas, raízes , caules e gemas no cultivo “in vitro”. n Auxinas isoladas causam produção de calos “ in vitro”. n Auxina aumenta atividade de CDK/a (quinase a dependente de ciclina) ativada por ciclina D 3 na transição de G 1 para S. n Ciclina D 3 (CYC/D 3) é ativada por citocininas. Ativação CDK/a , CYC/D 3

CRESCIMENTO CELULAR MECANISMOS DE ALONGAMENTO CELULAR n Para a célula expandir deve ocorrer afrouxamento das paredes celulares, por ativação enzimática. n E diminuição de Ψ celular pelo aumento de micromoléculas solúveis. n Ocorre relaxamento de estresse ou seja, redução da pressão hidrostática celular (ou do potencial de pressão Ψ p) e de potencial hídrico (Ψ celular). n Ψ celular fica mais negativo. n Isto causa aumento da absorção de água que auxilia a vacuolização celular.

Estímulo de alongamento celular em segmentos de coleóptilos de aveia

Hipótese do crescimento ácido: acidificação de paredes celulares Ação de auxinas u AIA causa ativação de H+ ATPases da membranas celulares. u Ou u Síntese de novas H+ ATPases nas membranas celulares.

Modelo de ativação de H+ ATPase de membrana plasmática

Ativação ou síntese de ATPases ATIVAÇÃO

SÍNTESE

Consequências do abaixamento de p. H de paredes celulares n Ativação de hidrolases de parede celular: celulases, hemicelulases, glucanases e pectinases. n Hidrólise de polímeros de parede: celuloses e hemiceluloses. n Deslizamento de polímeros da parede celular. n Produção e ação de proteínas expansinas quebram pontes H entre microfibrilas de celulose e hemicelulose. n Aumento de absorção de água e de solutos, principalmente K+. n Em coleóptilos de milho há aumento de 5 a 7 X na expressão de genes de canais de K+ triplicando os canais e aumentando K+ celular. n Crescimento de caules e hipocótilos concentrações de 10 -6 a 10 -5 M de AIA. estimulado em

PAREDE CELULAR –CÉLULAS DE GAMETÓFITOS DE Acrostichum danaeifolium Langsd. , Fisch. (Polypodiopsida, Pteridaceae)

Aumento de K+ Aumento de absorção de água Aumento de potencial de pressão

Diferenciação radicular e de tecidos vasculares n Auxinas podem ser transportadas dos meristemas apicais caulinares para raízes. n Ocorre também síntese de auxinas nos ápices de raízes. n Raízes laterais são formadas a partir de células do periciclo sensíveis às auxinas. n Primórdio radicular atravessa córtex e emerge pela epiderme. n Crescimento de raízes é estimulado em concentrações de 10 -10 a 10 -9 M de AIA e inibido em concentrações maiores. n Raízes adventícias formam-se em caules ou pecíolos devido ao estresse (via etileno), como por exemplo, alagamentos. n Células sofrem desdiferenciação. n Entram no ciclo celular, sofrem divisão e diferenciação com formação de um novo meristema radicular.

Indução de raiz lateral Diferenciação de tecidos vasculares: auxinas produzidas nos meristemas caulinares apicais e citocininas produzidas nos meristemas apicais de raízes induzem diferenciação de xilema e floema.

Estímulo do enraizamento de estacas caulinares/foliares. n n Auxinas estimulam enraizamento caulinar. Raízes adventícias são formadas no periciclo caulinar. 500 mg L-1 1000 mg L-1 2000 mg L-1 4000 mg L-1

Indução de tecido vascular

Diferenciação de raízes em cultura de tecido. n Crescimento de raízes estimulado com 10 -10 M e 10 -9 M de AIA e inibido a partir de 10 -8 M, possivelmente devido à síntese de etileno. Folha calo raiz

Fototropismo n Fototropismo é a curvatura de caules e coleóptilos em direção a um estímulo luminoso. n Ocorre transporte assimétrico de AIA em resposta ao estímulo luminoso lateral. n A concentração de AIA torna-se maior no lado mais sombreado, que cresce mais.

Evidência de distribuição lateral de auxinas pelo estímulo luminoso

• • Luz azul é absorvida pelas fototropinas (flavoprotéinas autofosforiláveis) que causam transporte assimétrico de auxinas. Isso gera maior crescimento no lado sombreado, onde há mais AIA.

Gravitropismo ou geotropismo n Acúmulo de AIA na zona de alongamento da raíz. n Em raízes na posição horizontal auxinas da coifa migram para parte inferior. n Proteínas PIN 3 acumuladas no lado inferior aumentam transporte de AIA. n Aumentos de concentração de AIA causam inibição de crescimento celular em raízes.

Gravitropismo ou geotropismo

Teoria da tensogridade - integridade tensiva n Raízes possuem na coifa, células especiais, os estatocitos com estatolitos (grãos de amido móveis) que percebem a orientação gravitacional. n Sedimentação de estatolitos causa rompimento de citoesqueleto, mudança da tensão sobre RE, acúmulo de proteínas PIN 3 e canais de Ca 2+ na membrana. n Ocorrem alterações de atividades celulares. n Raízes crescendo verticalmente - PIN 3 tem distribuição uniforme nas células da columela e AIA também. n Partes aéreas (caules e ramos) – têm bainha de amido circundando tecidos vasculares, que se orienta conforme a gravidade.

Dominância apical n Dominância apical é a inibição do crescimento das gemas axilares pelo meristema apical. n Bloqueio de divisão celular e alongamento celular nas gemas axilares. n Auxinas produzidas pelos meristemas apicais caulinares bloqueiam a divisão celular das gemas axilares. n Parece haver a ativação de genes envolvidos com inibição de divisão celular. n A remoção da gema apical reduz os níveis de auxinas e as gemas axilares se desenvolvem.

Em plantas intactas, as gemas axilares não se desenvolvem. Quando o ápice é removido, as gemas axilares crescem. Quando auxina em lanolina é colocada No ápice, as gemas axilares não desenvolvem

Crescimento de frutos e indução de floração n Indução de crescimento de frutos: ex: morango. a) Fruto normal b) Fruto com remoção de aquênios c) Fruto com remoção de uma fileira de aquênios

Promoção de floração em bromeliáceas. n Promoção de flores femininas em plantas dióicas (via etileno), em cucurbitáceas, por exemplo. n Auxinas estimulam a síntese de etileno

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