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UEPG Fitormônios: Citocininas Citocininas Nenhum outra classe de hormônio está ligada a biotecnologia como as citocininas (Cks); Processos biotecnológicos que controlam a divisão celular “in vitro” como a fusão de protoplastos e a produção de plantas transgênicas – são dependentes do emprego de citocininas; Citocininas - histórico 1941 – Johannes van Overbeek – água de coco (Cocos mucifera) – seu endosperma líquido contém um potente fator de crescimento de embriões de plantas em tubos de ensaio; 2 Citocininas - histórico Década de 50 – equipe do Dr. Folke Skoog – Universidade de Winsconsin – procurava a substância responsável pela divisão celular em vegetais; Sua equipe trabalhava com o cultivo de medula de tabaco (Nicotina tabacum); Nessa época – já se conhecia o AIA; Equipe já sabia que o uso de AIA e água de coco – ocorria uma intensa proliferação de células da medula; 3 Citocininas - histórico 1955 – Miller, Skoog e colaboradores conseguiram isolar o fator de crescimento; Chamaram essa substância de cinetina e deram o nome de citocininas ao grupo de reguladores de crescimento ao qual ela pertence; Nome citocinina – devido ao envolvimento com a divisão celular; Folke admitiu a existência na água de coco – algo essencial à divisão celular; 4 Citocininas - histórico A cinetina lembra a estrutura da base nitrogenada adenina (grupo das bases púricas); “Devido a estrutura simples – vários compostos com atividade igual a citocinina foram sintetizados”; 5 Citocininas - naturais Todas citocininas naturais são derivadas de adenina; Compostos abaixo são formas livres da citocinina iP ou isopenteniladenina t-Z ou trans-zeatina diH-diidrozeatina 6 Citocininas - sintéticas Principais citocininas sintéticas são: KIN, BAP e TDZ; KIN ou 6-furfurilaminopurina; BAP ou 6-benzildenina; TDZ ou thidiazuron – citocinina tipo feniluréia; 7 Citocininas - biossíntese Meristemas dos ápices das raízes – regiões de maior síntese de citocininas livres. “Bromélia epífita – Tillandsia recurvata. Não têm raízes – citocinina sintetizada nos meristemas de apicais do caule”; 8 Citocininas - transporte Local principal sítio de biossíntese – raiz – citocininas transportadas para partes aéreas via xilema junto com água e minerais. Análise da seiva bruta em várias plantas – demonstram presença de zeatina; Citocininas também no floema – durante a translocação de assimilados de folhas senescentes (velhas) que atuam como fonte para partes jovens da planta (drenos); 9 Citocininas – funções Citocininas essenciais nos métodos de cultura de tecidos e biotecnologia; Funções: razão citocinina/auxina regula a produção da raiz e do caule na cultura de tecidos; Célula vegetal indiferenciada – tem duas rotas: crescer e dividir-se novamente; alongar-se sem divisão celular; 10 Funções: razão citocinina/auxina regula a produção da raiz e do caule na cultura de tecidos; Célula vegetal indiferenciada – tem duas rotas: crescer e dividir-se novamente; alongar-se sem divisão celular; Célula que se divide repetidamente – mantem-se indiferenciada ou meristemática; Célula que se alonga – se diferencia; 11 Funções: razão citocinina/auxina regula a produção da raiz e do caule na cultura de tecidos; Experimentos com tecidos de tabaco – adição de AIA produz rápida expansão celular (alongamento); Cinetina sozinha pouco ou nenhum efeito - junto com o AIA resulta em rápida divisão celular; 12 Funções: razão citocinina/auxina regula a produção da raiz e do caule na cultura de tecidos; Com altas concentrações de auxina os calos originam raízes e com altas concentrações de cinetina são formadas as gemas. Quando tanto auxina como citocinina estão presentes em concentrações aproximadamente iguais, o calo continua a produzir células indiferenciadas, ou seja continua na forma de calo. Calos: células vegetais indiferenciadas em culturas de tecido; Funções: divisão celular Seu próprio nome indica – citocinina – evento controlado por esse hormônio – citocinese ou divisão celular; Citocininas (assim como auxinas) atuam em etapas específicas do ciclo celular; “Regulam a atividade de proteínas que controlam o ciclo celular”; Gene CYCD3 codifica uma ciclina envolvida na passagem de G1 para S – esse gene é induzido por citocinina; 14 Funções: divisão celular CDC2 também é um gene induzido por citocinina – envolvido na transição da fase G2 para M (mitose propriamente dita); A cinase codificada pelo gene CDC2 – a auxina é necessária para a sua síntese dessa enzima e que as citocininas são necessárias para sua ativação; 15 Funções: diferenciação celular Além da divisão celular – citocininas ligadas a diferenciação celular – sobretudo na formação de gemas caulinares; Os genes reguladores desse processo são os genes: knotted1 (kn1); Shootmeristemless (stm); Esses genes codificam enzimas responsáveis por esse processo; 16 Funções: retardamento da senescência foliar Folhas destacadas de uma planta – perdem lentamente: clorofila, RNA, lipídeos e proteínas – mesmo se forem mantidas úmidas e com minerais; Esse processo de envelhecimento programado – que leva a morte vegetal – denominado senescência; Nas folhas ligadas a planta aparecem sinais de senescência: surgimento e a progressão crescente do amarelecimento (degradação da clorofila); diminuição dos teores de proteínas e RNAs; 17 Funções: retardamento da senescência foliar Degradação de proteínas – acúmulo de aminoácidos e amidas também ocorre nas folhas ligadas à planta; Conclusão: diminuição da síntese de proteínas não pode ser atribuída à falta de matéria-prima (aminoácidos); Folhas destacadas da planta – com pecíolos na água – estimula a formação de raízes adventícias – isso inibe a degradação proteica nas folhas; 18 Funções: retardamento da senescência foliar Estava demonstrado: retardamento do envelhecimento da folha devido a presença de raízes crescendo ativamente Conclusão: citocinina produzida pelas raízes – migram para as folhas – causam uma rápida aceleração das taxas de síntese de RNAs e proteínas; “Aplicação de cinetina sobre folhas destacadas – também previne a senescência – mantendo prolongadamente a coloração verde típica desses órgãos”; 19 Funções: retardamento da senescência foliar Inibição localizada: o que mais despertou a atenção das pesquisas – quando citocinina era aplicado em pequenas áreas do limbo - apenas essas se mantinham verde – enquanto todo o restante da folha – continua a senescência; Conclusão: citocinina produzida pelas raízes – retardam a senescência foliar; “Aplicação exógena de citocinina após cerca de 70 horas da aplicação – provoca acelerada taxa de síntese de RNAs e proteínas e mobilização de metabólitos para interior desse órgão”; 20 Funções: retardamento da senescência foliar Efeito da inibição localizada da senescência de tabaco de folhas tratadas com uma solução de citocinina. 21 Funções: eliminação da dominância apical Dominância apical – ápice em crescimento de um caule inibe o crescimento das gemas laterais na mesma planta; Explicação mais difundida: inibição do crescimento das gemas laterais pela auxina produzida pelas gemas apicais; Evidências para essa hipótese: decapitação do ápice (supressão da síntese da auxina) elimina a dominância apical; 22 Funções: eliminação da dominância apical Aplicação de auxina na gema lateral da planta decapitada – dominância apical recuperada; Aplicação de citocinina na gema lateral da planta intacta – dominância apical eliminada; Explicação da inibição da gema lateral pela auxina da gema apical não explica o fato da aplicação da citocinina na gema lateral – eliminar a dominância apical; 23 Funções: eliminação da dominância apical Explicação mais moderna para a dominância apical: balanço auxina/citocinina e o estabelecimento de drenos (quem recebe a seiva elaborada vinda do floema); Pesquisas demonstram que em plantas intactas – citocininas vindas dasraízes tendem a se acumular no ápices produtores de auxinas promovendo um balanço auxina/ citocinina; 24 Funções: eliminação da dominância apical Remoção do ápice caulinar – citocininas passam a se acumular nas gemas laterais – promovendo seu desenvolvimento; Plantas intactas crescendo ativamente – acúmulo de auxina e citocininas na gema apical poderia levar ao seu desenvolvimento – promovendo divisão e expansão celular, além do estabelecimento de um dreno em detrimento das gemas laterais; “Local” que permanecer como dreno é quem “comanda” o crescimento nas demais gemas. 25 Funções: eliminação da dominância apical Remoção do ápice caulinar ou aplicação de citocinina nas gemas laterais “desloca” a região de dreno (aquela que recebe a seiva)” e a dominância apical seria quebrada; Assim como - aplicação de auxina na ponta de plantas decapitadas manteria o dreno e a dominância. Portanto – segundo essa hipótese a dominância apical depende da formação de gradientes internos de auxina e citocinina para que os drenos sejam estabelecidos. 26 Algumas bactérias e fungos – podem se associar às plantas superiores; Muitos desses microrganismos e larvas de inseto produzem e excretam citocininas inclusive as citocininas; Muitos desses microrganismos e larvas de inseto produzem e excretam citocininas e/ou induzem células vegetais a sintetizarem hormônios vegetais – inclusive as citocininas; Citocininas e a interação com micro-organismos 27 Infecção de tecidos vegetais por microrganismos pode: Induzir o tecido a se dividir; formar estruturas especiais como as micorrizas; formação de galhas; Formação de galhas – provocada por larvas de insetos, fungos e bactérias (Agrobacterium tumefaciens) – envolve produção de citocinina; Citocininas e a interação com micro-organismos 28 Segundo Chilton a formação de galhas ocorre na seguinte sequência de eventos; Tumor é iniciado quando as bactérias entram através de uma lesão e aderem às células; Bactéria virulenta transporta o plasmídeo Ti além de seu próprio DNA cromossômico; Citocininas e a interação com micro-organismos 29 O T-DNA do plasmídeo entra na célula e se integra ao seu DNA cromossômico; Células transformadas proliferam-se formando o tumor da galha de coroa; “Tecido tumoral pode ficar livre das bactérias por incubação a 42ºC. O tumor sem bactéria pode ser cultivado indefinidamente em ambiente sem hormônios”; Citocininas e a interação com micro-organismos 30 Citocininas e a interação com micro-organismos 31 Outro tipo de infecção à planta hospedeira – formação descontrolada de ramos laterais (fasciação) – formando vassoura-de-bruxa; Vassoura-de-bruxa provocada por fungos produtores de citocininas; Citocininas e a interação com micro-organismos 32 “Vassoura-de-bruxa: partes aéreas das plantas infectadas assemelham-se à palha velha de uma vassoura”; Vassoura-de-bruxa: devido à gemas laterais – normalmente permanecem dormentes – ao serem estimuladas pela citocinina (produzida por fungos) crescem muito – com ramificações; Citocininas e a interação com micro-organismos 33 Papel da citocininas na interação planta-microrganismos. A foto superior evidencia a formação de “ilhas verdes” nos locais onde há lesões provocadas por fungos em folha de mangueira (Mangifera indica). Citocininas e a interação com micro-organismos 34 Papel da citocininas na interação planta-microrganismos. Abaixo pode ser observada a chamada “vassoura-de-bruxa” do cacaueiro (Theobroma cacao). A vassoura-de-bruxa consiste em uma intensa brotação, a qual está relacionada à produção de citocinina pelo fungo Crinipellis perniciosa. Citocininas e a interação com micro-organismos 35 Conclusão: formação da vassoura de bruxa – microrganismos produtores de citocininas também induzem formação de “ilhas verdes” nos locais infectados. Certos insetos e nematoides – secretam citocinina – para formação de galhas – utilizada como local de alimentação. Citocininas e a interação com micro-organismos 36 Há também interações que estabelecem relações benéficas – raízes de leguminosas e a Rhizobium sp (bactéria fixadora de nitrogênio); “No interior do parênquima radicular – citocininas produzidas pelas bactérias – levam à retomadas divisões celulares – formação do nódulo radicular”; Citocininas e a interação com micro-organismos 37 Citocinina e a biotecnologia Citocinina: classe de hormônio vegetal ligada a biotecnologia de plantas; Biotecnologia possibilita a multiplicação de células com a formação de tecidos e órgãos vegetais in vitro – cultura de tecidos;; Processos biotecnologia de plantas que dependem da cultura de tecidos: clonação de plantas e obtenção de protoplastos (células sem parede celular), plantas transgênicas; 38 Micropropagação UEPG Fitormônios: Citocininas
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