Resistencia de plantas a fatores ambientais

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Aulus Barbosa 
 A Transformação de plantas para resistencia a fatores 
abióticos 
 A temperatura controla a distribuição das plantas e 
outros organismos 
 Algumas plantas suportam temperaturas extremas 
 A resistência envolve complexas alterações bioquímicas e 
fisiológicas 
 Principalmente alterações na transcrição 
 Temperaturas fora do ótimo provocam alterações na 
homeostase, retardando o crescimento, desenvolvimento 
e causando a morte 
 Acumulação de ROS 
 Resposta a baixas temperaturas 
 Redução na fluidez das membranas 
 Alteração na composição de ácidos graxos 
 Aumento no teor de lipídios poli-insaturados, essencial para a 
sobrevivência das plantas sob condições de frio devido aos efeitos 
deletérios da baixa temperatura sobre processos ligados a membrana 
como a respiração e fotossíntese. 
 Em resposta à luz e frio, as plantas aumentam a acumulação de 
pigmentos de triagem de luz (antocianinas) para defender os 
fotossistemas do excesso de luz 
 Alteração de proteínas para proteção contra estresse oxidativo 
 38 proteínas aumentam ou diminuem de expressão a 4ºC 
 Fixação de CO2, reparo da membrana, proteção contra estresse osmótico 
ou proteólise. 
 Produção de proteínas anticongelantes – AFP 
 
 Resposta a baixas temperaturas 
 Alterações no conteúdo de acúcares 
 Mudanças estruturais na planta, tais como modificações na 
composição da parede celular 
 Detecção de baixas temperaturas 
 Dispara a resposta 
 Detectada por alterações na fluidez da membrana 
 Aumento da expressão de CAS30 (alfalfa cold-inducible gene) 
 Plantas transgênicas de Arabidopsis, expressando a dessaturase 
FAD3, mostram diminuição rigidificação da membrana em resposta 
à redução da temperatura 
 Transdução de sinal 
 Dependente de luz 
 Transdução de sinal de baixas temperaturas 
1. Aumento da concentração de Ca2+ no citoplasma 
 Extracelular e vacuolar 
2. Ativação de proteínas de ligação ao cálcio. 
 Calmodulina 
3. Ativar cascatas de fosforilação / desfosforilação 
 Map kinases 
4. Controle e acumulação de diferentes moléculas de 
sinalização, como hormônios 
 ABA, poliaminas, ácido giberélico (GA), óxido nítrico (NO), 
brassinosteróides (BR) e etileno (ET) 
5. Modulação da atividade dos fatores de transcrição 
6. Indução da expressão do gene regulado a frio. 
 
 
 Genes expressos em reposta a baixas temperaturas 
 Cerca de 1400 genes são regulados em Arabidopsis por 
baixas temperaturas. 
 1/3 destes genes são reprimidos por um único fator de 
transcrição. 
 95 são fatores de transcrição 
 100 são proteínas envolvidas na transcrição 
 Muitos genes respondem também a seca e salinidade. 
 Ação de RNAi, silenciamento de gene, estabilidade dos RNAs, 
splicing alternativo, edição de RNA e metilação do RNA 
 
 Fatores de transcrição que atuam em baixas 
temperaturas 
 Promotores: 
 O primeiro elemento de resposta a temperatura baixa (LTRE) 
descrito em plantas foi o motivo do CRT / DRE 
 CCGAC 
 Foi identificado nas regiões promotoras de genes induzidos 
por frio em Arabidopsis COR15A e RD29A. 
 Foi encontrado em outras plantas 
 Outros domínios foram encontrados 
 CR1 
 RSRE (rapid stress response element) - CGCGTT 
 
 Fatores de transcrição que atuam em baixas temperaturas 
 Genes: 
 DREB1B 
 Interage com o motivo CTR/DRE 
 24 kDa 
 Domínio AP2 para ligação ao DNA 
 Apresentam outros genes na mesma família 
 CBF2/DREB1C 
 CBF3/DREB1A 
 Controlam 12% dos genes de Arabidopsis que respondem ao frio. 
 ICE1 
 Controla 40% dos genes que respondem a frio 
 CAMTA3 
 Ativadores de transcrição de ligação a calmodulina 
 Ligam ao motivo CM2 (CCGCGT) no promotor CBF2 
 Fatores de transcrição que atuam em baixas temperaturas 
 Genes que respondem a ABA 
 SCOF1 
 Controle pós-transcricional da expressão de genes de resposta a 
frio 
 Ocorre controle da estabilidade dos mRNAS e início da tradução 
 blt4.0 – cevada 
 TCH4 – Arabidopsis 
 Splicing Alternativo 
 Em trigo o gene Wdreb2 forma 3 transcritos Wdreb2α, Wdreb2β eWdreb2γ. 
 Controle pós-traducional em resposta ao frio. 
 Fator de elongação da tradução - LOS1 
 DNA helicase 47 de ervilha - PDH47 
 Localizada no núcleo 
 Atividade regulada por eventos de fosforilação 
 HOS1 
 um regulador negativo do regulon CBF. 
 Apresenta o domínio característico de ligase a ubiquitina E3. 
 A expressão é temporariamente inibida por tratamento a frio. 
 Sumoilação é uma outra modificação pós-translacional envolvida na 
estabilidade e a atividade de proteínas 
 SIZ1 expressão não é induzida por frio 
 Mutações em SIZ1 diminuem a tolerância a temperaturas baixas temperaturas 
 Envolvida na inibição de reguladores negativos da resposta a frio 
 Controle Epigenético em resposta ao frio. 
 Acetilação das histonas, mediada pela histona acetiltransferases 
(HATs) e histonas desacetilases (HDAC), também atuam na 
sinalização em baixa temperatura 
 Remodelamento da cromatina 
 Metilação de histonas 
 Redução da metilação da histona H3 (H3K27me3) no promotor dos genes de 
resposta a frio induzido COR15A e AtGOLS2. 
 Cruzamentos entre as vias de resposta a frio e calor 
 Surpreendentemente, o choque térmico parece melhorar 
a tolerância a frio em espécies sensíveis ao frio e vice-
versa, pois Plantas expostas à baixa temperatura 
desenvolver tolerância ao calor. 
 Afeta o crescimento e reprodução da plantas 
 A membrana é o principal detector das alterações de 
temperatura 
 A manutenção da fluidez da membrana é uma das primeiras 
respostas a alta temperatura. 
 A fluidez da membrana celular é controlada, pelo menos em 
parte, pela regulação da transcrição e pós-tradução de algumas 
isoformas de ácidos graxos dessaturase (FAD). 
 Ácido graxo trienóico nas membranas plastidiais 
Ácido graxo trienóico 
 A transdução de sinais iniciada pelas variações de 
temperatura 
 Iniciada pela liberação de Ca2+ 
 O bloqueio de Cálcio impede a resposta ao calor 
 Hormônios atuam na resposta ao calor 
 A síntese de ABA é induzida 
 ABA é o principal hormonio na resposta ao calor 
 O mutante de Arabidopsis Hat1 hipersensível a ABA é capaz de 
sobreviver até cinco dias a mais a 42 ° C e 10-15% de humidade 
do que plantas do tipo selvagem. 
 Regula positivamente a expressão de proteínas HSP70 
 Atua como uma chaperona assegurando a dobragem adequada 
de outras proteínas 
 Protege contra o estresse oxidativo 
 
 Hormônios atuam na resposta ao calor 
 Giberelinas 
 GA20 oxidase, envolvida na biossíntese de GA, expressa sob a 
altas condições de temperatura 
 Porém, o mesmo não ocorre durante o frio 
 Oxido nítrico 
 Aumenta os níveis após exposição ao calor 
 Ácido salicílico 
 Aumenta os níveis de expresão 
 Bloqueio do ácido salicílico em plantas provoca estresse 
oxidativo 
 
 Regulação da expressão em resposta ao calor 
 HSF e HSP 
 Expressas tanto na resposta ao frio quanto ao calor 
 Chaperonas 
 Tomate transgênico super-expressando AtHsfA1b possui 
tolerância melhorada para altas e baixas temperaturas. 
 Regulação pós-transcricional em resposta ao calor 
 DREB2A 
 Regulado por splicing alternativo entre outros mecanismos 
 miRNAs 
 
 Regulação traducional e pós-traducional do gene 
expressão em resposta a altas e baixas temperaturas 
 Ubiquitinação 
 Sumoilação 
 Bibliografia 
 Altman, A., Hasegawa, P. M. (2011)Plant Biotechnology and 
Agriculture. Cap 19 Molecular responses to extreme 
temperatures. Academic Press