Sistemas de Defesa em Plantas
Adaptações Morfológicas, Metabolismo Secundário e
Interações do Tipo Fenótipo Expandido
Plantas possuem um sistema imunológico?
Principais patógenos, parasitas e predadores de vegetais
• Bactérias• Fungos• Nematóides• Ácaros• Vírus • Viróides• Prions (?)• Insetos• Herbívoros
Adaptações Morfológicas
Cutina, Ceras e Suberina
• Materiais de origem lipídica encontrados nas partes das plantas expostas ao ambiente externo.
• Têm por função reduzir a perda de água e auxiliar no impedimento da entrada de fungos e bactérias patogênicos nos tecidos vegetais.
• A cutina é encontrada predominantemente nas porções aéreas das plantas.
• A suberina está presente nas partes subterrâneas, nos caules lenhosos e nos ferimentos cicatrizados.
• As ceras estão associadas à cutina e à suberina.
• Acúleos • Espinhos• Redução da área foliar• Tricomas• Cristais de quartzo (opalas
biogênicas)
Adaptações Morfológicas
Transformações de células e tecidos
Metabolismo do Ácido Silícico e formação de opalas biogênicas
Compostos fenólicos exudados
pelas raízes das plantas solubilizam
quartzo
Ocorre a formação de ácido silícico:
[SiOx(OH)4-2x]n
O ácido silício é absorvido pelas
raízes e conduzido para o
resto do corpo da planta
No interior de tecidos vegetais,
desempenha funções de suporte
e sustentação - principalmente no interior das células
Com a morte da célula, o ácido
silícico precipita-se na forma de opala biogênica (vidro), desprendendo-se do corpo da planta
pela epiderme
Piperno (1998)
O que fazem as opalas biogênicas?
• Inibição da digestibilidade • Danificação do aparelho bucal de invertebrados herbívoros• Desgaste dos dentes de vertebrados herbívoros• Resistência dos tecidos contra a atividade de Dípteros e
Himenópteros galhadores - dificulta a penetração de ovipositores. • Aumento da resistência dos tecidos da planta à abertura de dutos
por larvas de insetos
Kitagima, 2002
Metabólitos Secundários em Plantas
• Defesa contra injúrias provocadas pelo ambiente - frio ou calor excessivos
• Proteção contra herbivoria e contra microorganismos patogênicos
• Atividade atrativa sobre polinizadores e dispersores de sementes
• Agente de competição inter e intra-especifica - alelopatias
• Ação do tipo sinal molecular no processo de desenvolvimento dos tecidos vegetais
• Todos os mecanismos de defasa química apresentados por sistemas biológicos vegetais são derivados do metabolismo secundário.
• Embora a diversidade de metabólitos secundários seja muito grande, são poucas as rotas metabólicas que as produzem.
• Nas antófitas, mais de 70 genes são reconhecidos como responsáveis pela expressão de proteínas que conferem defesa contra patógenos e predadores.
• É comum haver numa espécie vegetal mais de um caráter molecular ou morfológico que confira defesa.
• Os mecanismos de defesa química são considerados os mais eficientes que os morfológicos, porém não há uma relação filogenética clara entre o surgimento de caracteres de defesa química ou morfológica com a evolução das plantas.
Genes responsáveis pela síntese de metabólitos secundários
Presença e localização de genes responsáveis por defesa em plantas de trigo
• Resinas e látex• β - lectinas • Alcalóides • Compostos cianogênicos • Terpenos • Taninos • Sideróforos• Inibidores da divisão celular
O arsenal químico vegetal
Produção de Exudados do tipo resina ou látex
Defesa de plantas amazônicas a besouros comedores de madeira.
Amazônia - Centro de diversidade de Cerambycidae.
Grande número de espécies arbóreas produtoras de látex.
• Exudados do tipo látex imobilizam o aparelho bucal de pequenos herbívoros ( efeito de adesão das partes).
• Resinas inibem / reprimem o metabolismo microbiano no interior do estômago químico de ruminantes
• Tanto resinas quanto látex podem apresentar características antibióticas.
β - lectinas
• Subfamília de proteínas altamente tóxicas que se ligam a carboidratos, precipitando-os
• Provocam a
aglutinação de eritrócito e hemócitos, bloqueando a oxigenação dos tecidos de herbívoros
Abrus precatorius - a maior concentração de lectinas encontrada na natureza.(RBG toxicology databas, 2007)
Alcalóides
Ephedra - fonte de efedrina - um alcalóide que acelera o metabolismo de animais, provocando redução das reservas de lipídeos.
(RBG toxicology databas, 2007)
Compostos cianogênicos
• Os compostos que contém cianeto são tóxicos somente se liberarem HCN numa reação:
-CN(s) + HCl(aq) HCN(g) + -Cl(aq)
• O ácido cianídrico é o veneno de ação mais rápida que e conhece até o momento RBG (Toxicology database, 2007)
(RBG toxicology databas, 2007)
Sideróforos
• São peptídeos não ribossômicos geralmente encontrados em microorganismos e plantas que quelam metais, principalmente Ferro, tornando-o indisponível a outros organismos. O complexo [sideróforo - metal] geralmente é absorvido por transporte ativo por seu organismo gerador.
www.kegg.org
Terpenos
• Principal componente de óleos aromáticos vegetais
• Ação irritante sobre os epitélios das traqueídes de Dipteros
• Ação bacteriostática• Ação fungistática• Sua ação sobre vírus é controversa
(RBG toxicology databas, 2007)
Taninos
Taninos são polifenóis de sabor adistringente que ligam-se a proteínas precipitando-as. Quando em altas concentrações elevam o pH dos tecidos vegetais, controlando a herbivoria, o parasitismo e a instalação de patógenos nos tecidos das plantas
Inibidores da divisão celular
• Vincristina • Vimblastina • Colchicina• Taxol
(RBG toxicology databas, 2007)
Interações do tipo Fenótipo Expandido
A presença do fungo endofítico faz com que a planta mantenha rotas metabólicas de defesa sejam mantidas constantemente ativas. O que confere maior resistência a infestações e a herbivoria.
Fungos Endofíticos / Entomopatogênicos / Micotóxicos
Fonte: Wellington L. Araújo (2007)
Bacillus subtilis - endofítico produtor de antibiótico com ação contra o fungo fitopatogênico Rhizoctonia solani.
Actinomiceto crescendo a partir de ramos de citros desinfetados superficialmente.
Levedura endofítica - Cryptococcus lamentii - em estômato de citros
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