LGN 5799 - SEMINÁRIOS EM GENÉTICA E MELHORAMENTO DE PLANTAS

Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento de Plantas

Departamento de GenéticaAvenida Pádua Dias, 11 - Caixa Postal 83, CEP: 13400-970 - Piracicaba - São Paulo - Brasil

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As adaptações das plantas às condições do cerrado brasileiro

Aluna: Carolina GrandoOrientador: Giancarlo Conde Xavier Oliveira

Introdução Condições físicas do ambiente Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente

Cerrado Características do bioma

Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas

Considerações finais Evolução adaptativa das plantas ao cerrado Cerrado

Introdução Condições Físicas do Ambiente

Condições físicas: temperatura, disponibilidade de água, radiação solar, pH

Diversidade de organismos

Evolução sob diferentes pressões ambientais Ricklefs, 2003

Introdução Condições Físicas do Ambiente

Plantas: sésseis (exploração de recursos pontual)

Evolução das Plantas: condições físicas agem como principais pressões seletivas à evolução

Distribuição das espécies pela Terra Ricklefs, 2003

Introdução Condições Físicas do Ambiente

Biomas: formas vegetais dominantesAdaptações Coutinho, 2008

Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente

Adaptações evoluem pela ação da seleção natural- Caracteres que apresentam variabilidade genética herdável

- Organismos com diferentes aptidões

↓ T (˚C)

→ →

↓ T (˚C)

Antes da Seleção Depois da Seleção Antes da Seleção Depois da Seleção

→

Ridley, 2006

Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente

Adaptações evoluem pela ação da seleção natural

→ . . .

Evolução ocorre por outros processos: deriva genéticaNem toda evolução ocorre por seleção natural, mas toda a evolução adaptativa, sim

→Antes da Seleção Depois da Seleção

↓ T (˚C)

→↓ T (˚C)

Evolução

Ridley, 2006

Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente

Qual a unidade de seleção? - Adaptações ocorrem ao nível do indivíduo - herdabilidade

- Entidades ajustadas pela seleção natural: Genes

- Têm longa duração

- Não são fragmentados pela meiose e pela recombinação

Adaptações beneficiam o indivíduo - a reprodução dos genes é maximizada por ser associada à reprodução dos organismos

Ridley, 2006

Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente

As mudanças genéticas ao longo da evolução adaptativa

- Teoria de Fisher: Gradual – pequenos passos vantajosos ao longo do tempo (mutações de pequeno efeito fenotípico)

Ridley, 2006

Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente

As mudanças genéticas ao longo da evolução adaptativa

- Teoria não é válida para organismos distantes do pico adaptativo

- Kimura (1983)

- Orr (1998): 2˚ e 3˚ fatores- Mutações de grande efeito fenotípico → mutações de pequeno efeito

Taxa de Substituição de Mutações

=Probabilidade do surgimento de mutações

Probabilidade das mutações serem vantajosas

X XVantagem seletiva

Teoria de Fisher nunca foi totalmente acolhida ou descartadaRidley, 2006

Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente

Como reconhecer as adaptações? - Valor adaptativo (fitness): medida de sucesso reprodutivo dos organismos

- Desvantagem: nem todas as características são mensuráveis, e algumas não são detectáveis estatísticamente

- Convergência adaptativa: organismos não-aparentados desenvolvem semelhanças fenotípicas, em resposta à condições ambientais comuns

Ridley, 2006

Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente

Como estudar as adaptações?

- Método comparativo : comparar a forma ou a função de um órgão em diferentes tipos de espécies, no mesmo local ou entre diferentes localidades

- Comparar genes ou seqüências de DNA

- Método experimental: modificar a forma ou função do órgão, no mesmo ambiente ou em ambientes diferentes

Ridley, 2006

Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente

Enfoques sobre a adaptação

Seres vivos ajustados ao meio porque possuem adaptações para melhoria de sua sobrevivência e que favorecem sua reprodução

Enfoque errôneo: adaptação como relação de finalidade

- Pressupõe previsibilidade do processo evolutivo

- Adaptação resultante de seleção sob variação direcionada para a melhoria da adaptação

Ridley, 2006

Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente

Enfoques sobre a adaptação

- Adaptação como relação de causa e efeito

- Causa: condições físicas agem sobre as diferenças de sucesso reprodutivo das plantas - seleção sobre variação não-direcionada

- Efeito: evolução adaptativa - variantes que oferecem vantagens seletivas aumentam em freqüência na população ao longo do tempo

Adaptações existem porque são vantajosas Ridley, 2006

Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente

Enfoques sobre a adaptação

As adaptações são ajustes dos organismos aos ambientes presentes

Enfoque errôneo: organismos são ajustados por seleção natural em ambientes passados

As adaptações dos organismos não são perfeitas

Persistência: ambientes atuais tendem a ser similares aos do passado

Ridley, 2006

Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente

Plantas cultivadas

seleção artificial → Adaptação

seleção natural↓

Condições macroclimáticas e microclimáticas

Cerrado Características do bioma

Segundo maior bioma brasileiro

- 2.000.000 km2 (Ratter, 1997)

- Núcleo: 11 Estados

- Áreas disjuntas

Cerrado Características do bioma

Coutinho (1978): Complexo vegetacional- Floresta-ecótono-campo: cinco fitofisionomias- Dois estratos de vegetação: arbustivo-arbóreo

herbáceo-subarbustivo

Cerrado Características do bioma

Complexo vegetacional- Matas de galeria, veredas, murundus

Castro et al. (1999): 3.000 a 7.000 espécies- Arbustivo-arbóreo: 1.000 a 2.000 espécies - Herbáceo-subarbustivo: 2.000 a 5.000 espécies

Hot spots mundiais

Cerrado Características do bioma

Distribuição da vegetação

- Poucas espécies abundantes

- Grande endemismo

- Condicionantes:

- Condições climáticas

- Condições edáficas

- Efeitos do fogo

Castro et al, 1999, Coutinho, 2008

Cerrado Características do bioma

Condições climáticas

- Savana neotropical estacional

- Arbustos e gramíneas

- Temperaturas entre 20 a 27˚C

-Duas estações bem definidas (pluviosidade)

- Inverno seco (maio a setembro)

- Verão chuvoso (outubro a abril)

- Média anual: 1.200 a 1.800 mm

Klinka & Machado, 2005

Cerrado Características do bioma

Condições climáticas

Diagrama de Walter

- Estação seca: 4 a 5 meses

- Estação chuvosa: veranico

(1 a 2 meses)

5 a 7 meses de restrição de água

Cianciaruso et al., 2006

Cerrado Características do bioma

Condições climáticas

Assad, 1994

Cerrado Características do bioma

Condições edáficas

- Relevo: maciços de planaltos sedimentares e de cimeira, com superfície aplainada, com altitudes entre 300 e 1700 m

AB’ Saber, 2003

Microclima → distribuição local das vegetações

Cerrado Características do bioma

Condições edáficas

- Solos: geralmente profundos, porosos, altamente intemperizados, com baixa fertilidade e pH ácido

- Latossolos e Neossolos Quartzarênicos: 60% ocorrência

Reatto & Martins, 2005

Escleromorfismo oligotrófico

Cerrado Características do bioma

Efeitos do fogo

- Quantidade matéria seca/ sazonalidade chuvas

- Ocorrência: 40.000 anos A.P.

- Agosto e novembro

- Grande agente perturbação

- Mudanças na estrutura e composição florística

- Magnitude depende da freqüência

Salgado-Labouriau, 2005

Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas

Razão raiz/parte aérea- Valores altos: sistema radicular desenvolvido

- Hoffmann & Franco (2003): 11 gêneros

Água das camadas profundas

Porte baixo da vegetação do cerradoHoffmann & Franco, 2003

Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas

Translocação de fotoassimilados (raiz)- 6 gêneros

Formação de reservas (secas e queimadas)Hoffmann & Franco, 2004

Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas

Estruturas subterrâneas- Raízes gemíferas

Vilhalva & Appezzato-da-Glória , 2006

- Xilopódio: caule subterrâneo

Reservas (rebrota fogo e seca)

Isostigma peuceudanifolium

Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas

Estruturas subterrâneas- Rizoma (perfilhamento)

Coutinho, 2008

Rebrota (fogo e seca)

Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas

Estruturas caulinares aéreas- Casca espessa : cortiça

- 10 gêneros

Hoffmann et al, 2003

Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas

Estruturas do fruto

- Kielmeyera coriaceae: pericarpo espesso

- Text (fogo): 390 a 730˚C

- Tint: 62 ˚C (sem perder viabilidade)

- Deiscência dos frutos

↓

Cirne, 2002

Fogo: agente dispersor

Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas

Estruturas foliares- Estômatos abaxiais, cutícula espessa, pilosidades

Mauro et.al., 2007

Reduzem perdas de água por transpiração

Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas

Crescimento (baixa concentração de nutrientes)

- Ex: Diferentes concentrações (pH=4,0) KH2PO4, MgSO4.7H2O (pH=4,0)

Gomes & Shepherd, 2000

Sinningia allagophylla

Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas

Acúmulo foliar de alumínio- Altos teores de Fe2+ e Al3+ → acumuladora

(Gomes & Shepherd, 2000; Haridasan, 2005)

Qualea parviflora Palicourea rigidaSinningia allagophylla

Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas

Ajustamento osmótico- Assimilação de água pela planta depende do gradiente de potencial de água (solo – planta – atmosfera)

Água → menor potencial

Ψatmosfera < Ψsolo

Estresse hídrico

Ψsolo < Ψatmosférica ↓

- Fechamento estômatos

- Ajustamento osmótico → plantas cerradoMaior potencial

Menor potencial

Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas

Ajustamento osmótico- Acúmulo intracelular de solutos na raiz

- Manutenção da turgescência celular sob baixo potencial hídrico do solo- Abertura dos estômatos (transpiração e fotossíntese)

Chaves Filho & Stacciarini-Seraphin, 2001

Solanum licocarpum

Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas

Resistência plântulas à seca- Potencial Hídrico Foliar: 3 gêneros

Hoffmann & Franco, 2004

Considerações finais Evolução adaptativa das plantas ao cerrado

Convergências adaptativas

Ambiente manteve-se semelhante por um grande período de tempo

Condições físicas → distribuição da vegetação e evolução

Condições climáticas

-Análises paleoecológicas

Salgado-Labouriau, 2005

Considerações finais Evolução adaptativa das plantas ao cerrado

Condições climáticas

-Análises paleoecológicas

Salgado-Labouriau, 2005

Considerações finais Evolução adaptativa das plantas ao cerrado

Condições climáticas

- Áreas disjuntas (similaridade florística)

- Espécies cogenéricas entre o cerrado e mata

Diferentes pressões ambientais → EspeciaçãoSalgado-Labouriau, 2005

Considerações finais Evolução adaptativa das plantas ao cerrado

Vegetação do cerrado é antiga

16 ciclos , 1,6 milhões anos

Considerações finais Cerrado

Redução do bioma

1950

2.000.000 km2

2002

900.000 km2 (45%)

Machado et al., 2004

Maior redução: São Paulo (85%)

Considerações finais Cerrado

Redução do bioma

- Expansão agropecuária desordenada

500.000 km2 100.000 km2

Klink & Machado, 2005

Considerações finais Cerrado

Maiores ameaças ao bioma

Brachiaria decumbens Melinis minutiflora

Klink & Machado, 2005; Pivello, 2007

Considerações finais Cerrado

Maiores ameaças ao bioma

Klink & Machado, 2005; Coutinho, 2008

Considerações finais Cerrado

Preservação e Conservação- Áreas protegidas: 2,2 %

- Conservação: Código Florestal → 20 %

Klink & Machado, 2005

32.776 ha 133.064 ha 65.514 ha 231.668 ha

Considerações finais Cerrado

Klink & Machado, 2005

Muito obrigada!!

cgrando@esalq.usp.br