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ANGIOSPERMAS - Representam o maior e mais diversificado grupo de plantas terrestres atuais, com pelo menos 300.000 espécies. - Apresentam grande variação morfológica Geralmente autótrofas, algumas saprófitas e parasitas (hemi ou holoparasitas) Ervas, epífitas, arbustos, árvores e lianas Variação em tamanho: de Lemna (ca. 1mm) a Eucalyptus (> 100m) Formas de vida adaptadas aos mais diferentes ambientes (ex., cactiformes, aquáticas) - Distribuição cosmopolita - Grande importância econômica Construção civil Alimentação (base da agricultura moderna) Indústria farmacêutica Indústria têxtil - Sinapomorfias estruturais: 1. Desenvolvimento da flor 2. Óvulos contidos em carpelos, que darão origem a frutos 3. Megagametófito reduzido (saco embrionário), sem arquegônio 4. Microgametófito com 3 células (1 do tubo e 2 espermáticas) 5. Fecundação dupla, com formação de endosperma triplóide 6. Óvulo com 2 tegumentos 7. Germinação do grão de pólen no estigma 8. Presença de elementos de vaso no xilema e de elementos de tubo crivado no floema A estrutura da flor - A flor é uma estrutura exclusiva das angiospermas, sem paralelo óbvio com nenhum outro grupo de plantas terrestres. Representa um eixo determinado que porta esporofilos, que por sua vez portam tanto microsporângios quanto megasporângios. Os verticilos florais, portanto, são folhas modificadas. - Microsporofilos: são os estames, compostos de filete, conectivo e antera. As anteras, por sua vez, são compostas por quatro microsporângios, organizados aos pares em estruturas chamadas tecas. - Megasporofilos: são os carpelos. A folha carpelar é fechada por secreção, por fusão congênita ou ambos, e porta óvulos no seu interior; o número de carpelos pode variar de acordo com o grupo de angiospermas tratado. Ciclo de vida das angiospermas Tendências evolutivas quando comparado aos demais grupos de plantas terrestres: - redução no tamanho da geração gametofítica, especialmente em relação ao megagametófito; microgametófito reduzido a 3 células (2 espermáticas, 1 do tubo); megagametófito reduzido a 7 células e 8 núcleos (saco embrionário) - ausência de anterídios e arquegônios - dupla fecundação - independência total da água para a fecundação - germinação do pólen no estigma - Eventos: 1. Microsporogênese: Células esporogênicas (2n) – Microsporócitos (2n) – MEIOSE – Micrósporos (n) 2. Microgametogênese: Micrósporos (n) – Microgametófito (n) célula generativa e célula do tubo – MITOSE na célula generativa gerando duas células espermáticas 3. Megasporogênese: Nucelo (2n) – Megasporócito (2n) – MEIOSE – Megásporos (n), dos quais 3 degeneram e 1 permanece funcional 4. Megagametogênese: Megásporo (n) – MITOSE 1 – MITOSE 2 – MITOSE 3 – Saco embrionário (com formação de parede celular apenas na mitose 3) O saco embrionário é formado por 3 células antípodas na região chalazal, 2 sinérgides ladeando uma oosfera na região micropilar, e uma grande célula central com 2 núcleos polares 5. Dupla fecundação: Célula espermática 1 (n) + Oosfera (n) – Zigoto (2n) Célula espermática 2 (n) + Núcleos polares (n + n) – Endosperma (3n) Etapas da reprodução em angiospermas: 1. Microesporogênese e microgametogênese (simultaneamente ou não à megaesporogênese e megagametogênese) 2. Abertura das anteras e transferência dos grãos de pólen ao estigma (polinização) 3. Germinação do grão de pólen e crescimento do tubo polínico; divisão da célula generativa em duas células espermáticas 4. Crescimento do tubo até a micrópila 5. Entrada do tubo no óvulo pela micrópila através das sinérgides 6. Liberação das duas células espermáticas 7. Fecundação dupla 8. Degeneração do tubo polínico, das antípodas e das sinérgides 9. Divisão do núcleo primário do endosperma (3n), formando o tecido do endosperma; a formação do endosperma pode ser celular (mitoses iniciais e subseqüentes sempre seguidas por formação de parede celular) ou nuclear (mitose inicial e um certo número de mitoses subseqüentes sem formação de parede celular) 10. Crescimento do embrião à custa do endosperma e/ou perisperma (tecido formado pela proliferação de células do nucelo), ao menos em suas fases iniciais 11. Desenvolvimento do ovário em fruto (simultâneo ao desenvolvimento da semente) 12. Dispersão dos diásporos Origem e evolução das angiospermas - Há muitas incertezas quanto ao momento de origem das angiospermas e das linhagens atuais e extintas a elas relacionadas. Acredita-se que as angiospermas não sejam diretamente relacionadas às linhagens atuais de Gimnospermas, e que algumas linhagens fósseis estariam posicionadas entre os dois grupos. Evidências para tal são a disparidade morfológica entre gimnospermas e angiospermas, que requerem um número de intermediários hipotéticos para ser alcançada. - Os primeiros registros de pólen fóssil que podem ser relacionados inequivocamente a grupos de angiospermas atuais datam do Cretáceo (125-130ma), idade esta que corresponde a algumas estimativas da origem do “crown group” (núcleo principal) das angiospermas pela aplicação de métodos de datação molecular - Dificuldades na aplicação do conceito de homologia para os possíveis grupos fósseis candidatos a ancestrais de angiospermas (ex., Bennettitales, Caytoniales, Pentoxylon). Ocorre que o conjunto de sinapomorfias das angiospermas não encontra correspondentes óbvios em grupos fósseis (ex., não há grupos fósseis conhecidos com estrutura floral realmente similar à encontrada nas angiospermas). Além disso, os fósseis são incompletos e fornecem informações fragmentadas (geralmente pólen ou fragmentos do corpo vegetal). - O fóssil mais completo de uma planta primitiva, o Archaefructus, é de interpretação polêmica e pode na verdade representar um grupo especializado de angiosperma adaptado a vida no ambiente aquático. Além disso, há incertezas na datação deste fóssil. - O que se pode afirmar sobre o ancestral das angiospermas? 1. tinha pólen uniaperturado 2. provavelmente tinha carpelo ascidiado e fechado por secreção 3. perianto não diferenciado 4. estames grandes, sem diferenciação clara entre filete e antera 5. merosidade variável - Quais fatores poderiam explicar o sucesso evolutivo das angiospermas? 1. Capacidade adaptativa a diferentes habitats e condições ecológicas (química, fisiologia, anatomia) 2. Coevolução com animais – associações mutualísticas (polinização, dispersão de diásporos) 3. Oportunidades de estabelecimento e diversificação em novos biomas 4. Maior rapidez na fertilização e desenvolvimento do embrião (redução no gametófito, crescimento rápido do tubo polínico, formação de endosperma) 5. Sistema vascular mais eficiente (elementos de vaso e de tubo crivado) 6. Variação de formas de vida (plantas herbáceas, arbustivas, epífitas; plantas anuais ou bianuais) Extraído de APG III ANGIOSPERMAS BASAIS - Mudanças conceituais sobre a composição dos grupos basais de angiospermas a partir do advento da sistemática filogenética e acúmulo de estudos filogenéticos baseados em dados moleculares - Tradicionalmente, diversos grupos que compõem as linhagens de angiospermas basais, especialmente em magnolídeas, já foram consideradas como retendo o maior número de caracteres plesiomórficos dentre as angiospermas (ex., Cronquist 1968, 1981, 1988; Dahlgren 1977, 1983; Takhtajan 1969, 1980,1997; Thorne 1974, 1992). - Os resultados mais atuais sustentam a posição de Amborellaceae como representante atual da linhagem irmã das demais angiospermas (Amborella trichopoda) - Nympheales (Nympheaceae + Cabombaceae) como representante da próxima linhagem em ordem de ramificação nas angiospermas. Recentemente, a família Hydathellaceae foi reposicionada em Nympheales, a partir de um posicionamento duvidoso em Poales. - Austrobaileyales (Austrobaileyaceae, Illiciaceae, Schizandraceae, Trimeniaceae) como próxima linhagem - Amborellales, Nympheales e Austrobaileyales foram agrupadaspreviamente em grupo chamado ANITA (Amborellaceae-Nympheaceae-Illiciaceae-Trimeniaceae- Austrobaileyaceae); este termo, no entanto, caiu em desuso por consistir um grado, e não um clado. - Características do grupo ANITA (muitas destas possíveis plesiomorfias, e algumas compartilhadas com magnolídeas, Ceratophyllales e Chloranthales): pólen uniaperturado, anteras pouco diferenciadas do filete, carpelos ascidiados e fechados por secreção, hábito perene não-decidual e lenhoso, nós unilacunares com dois traços foliares - Politomia entre cinco grupos: Monocotiledôneas, Magnolídeas, Chloranthaceae, Ceratophyllaceae e Eudicotiledôneas APG III: a nova classificação de angiospermas sugere a seguinte ordem de ramificação Amborellales Nympheales Austrobaileyales Chloranthales + Magnolídeas Monocotiledôneas Ceratophyllales + Eudicotiledôneas Amborellales Ordem composta por apenas 1 família monoespecífica (Amborella trichopoda) Características do grupo: Hábito lenhoso (arbóreo); elementos de vaso ausentes Ausência de óleos aromáticos ou glândulas pelúcidas Plantas dióicas; flores com 5-8 tépalas, estames numerosos, com antera e filete pouco diferenciados, carpelos 5-8, ascidiados e fechados por secreção; 1 óvulo por carpelo Saco embrionário 9-nucleado e endosperma triplóide Endêmica da Nova Caledônia Nympheales Ordem composta por três famílias (Cabombaceae, Nympheaceae e Hydatellaceae) A inclusão de Hydatellaceae, embora inesperada, é sustentada do ponto de vista morfológico e embriológico Características do grupo: Plantas herbáceas, aquáticas; câmbio vascular ausente; presença de aerênquima Carpelos ascidiados e fechados por secreção Saco embrionário 4-nuclear, endosperma diplóide Semente operculada, com perisperma Ausência de benzilisoquinonas Austrobaileyales Ordem composta por 3 famílias e ca. de 100 espécies. Segundo APG III (Austrobaileyaceae, Schizandraceae (incl. Illiciaceae) e Trimeniaceae Características do grupo: Plantas lenhosas, com elementos de vaso solitários (“vessels solitary”) Presença de idioblastos contendo óleos aromáticos (terpenóides) Flores com tépalas numerosas, estames numerosos, carpelos geralmente 9, ascidiados e selados por secreção Saco embrionário 4-nucleado, endosperma diploide Magnolídeas Grupo heterogêneo, composto por quatro clados principais: Canellales, Piperales, Magnoliales e Laurales Em classificações tradicionais, alguns representantes das Magnolídeas (ex., Magnoliaceae) eram considerados como retendo o maior número de características plesiomórficas entre as angiospermas (protótipo da flor ancestral) Relações entre os clados: Canellales+Piperales, Magnoliales+Laurales Sinapomorfias das Magnolídeas: Plastídios do tipo P nos elementos de tubo crivado Floema estratificado Presença das lignanas veragensina e galbacina Presença do composo fenilpropânico asarona Presença da neoglicana licarina Plesiomorfias: Idioblastos com óleos essenciais Alcalóides do tipo benzilisoquinólicos Saco embrionário 8-nucleado MAGNOLIALES Composição segundo APG III: 6 famílias (Annonaceae, Magnoliaceae, Myristicaceae, Degeneriaceae, HImantandraceae, Eupomatiaceae) Sinapomorfias: Folhas dísticas Placa de tecido vascular na nervura mediana da face adaxial da folha Parênquima em paliçada Floema estratificado Fibras com pontoações de bordas finas Astroesclerócitos no mesofilo foliar Teto contínuo no pólen Testa multiplicada na semente LAURALES Composição segundo APG III: 7 famílias (Lauraceae, Monimiaceae, Siparunaceae, Hernandiaceae, Calycanthaceae, Gomortegaceae, Atherospermataceae) Sinapomorfias: Flores períginas com o gineceu embebido em receptáculo carnoso Presença de estaminódios internos Óvulos ascendentes Endotesta com traqueídes Carpelo intermediário entre ascidiado e plicado - Relações filogenéticas em Laurales: 1. Calycanthaceae como provável grupo irmão das demais Laurales 2. Siparunaceae (anteras bisporangiadas que abrem por uma única fenda, óvulos unitegumentados e flores fechadas por um “teto” formado pela curvatura do receptáculo 3. Lauraceae+Hernandiaceae+Monimiaceae; Lauraceae como provável grupo irmão de Hernandiaceae PIPERALES Composição segundo APG III: 5 famílias (Piperaceae, Aristolochiaceae, Lactoridaceae, Sauruaceae, Hydnoraceae) Sinapomorfias: Filotaxia dística Profilo único adaxial Pecíolo invaginante Flores geralmente trímeras Plastídios das células crivadas similares aos das monocotiledôneas - Relações filogenéticas em Piperales: 1. Relação próxima entre Piperaceae e Sauruaceae (estômatos tetracíticos, inflorescência terminal, indeterminada e do tipo espiga, grãos de pólen diminutos, óvulos ortótropos, sementes com perisperma como tecido nutritivo) 2. Relação entre Aristolochiaceae, Lactoridaceae e Hydnoraceae CANELLALES Composição segundo APG III: 2 famílias (Canellaceae, Winteraceae) Sinapomorfias: Folhas com esclereídes ramificados Tecido de transmissão do tubo polínico bem desenvolvido Tegumento externo do óvulo com 2 a 4 camadas de células Semente com exotesta em paliçada - Possível grupo irmão de Piperales - Distinção entre Canellaceae e Winteraceae: flores com 3 sépalas, 5 a 12 pétalas, 6 a muitos estames fusionados em um tubo e 2 a 6 carpelos conatos em Canellaceae, flores com 2-4 sépalas, pétalas 5 a muitas, estames numerosos e livres e carpelos 1 a muitos livres em Winteraceae. Evolução de caracteres em angiospermas basais A reconstrução da história evolutiva permite fazer inferências sobre tendências evolutivas em angiospermas e sobre as características prováveis da flor ancestral de angiospermas. Dificuldades: Polarização de caracteres: o grupo irmão das angiospermas é desconhecido Inaplicabilidade de alguns caracteres para grupos externos Espécies atuais provavelmente não representam (ou apenas parcialmente) a condição ancestral de angiospermas (representam uma combinação de estados de caráter apomórficos e plesiomórficos) Eventos de extinção REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Chaw, S.M.; Parkinson, C.L.; Cheng, Y.; Vincent, T.V.; Palmer, J.D. 2007. Seed plant phylogeny inferred from all three plant genomes: monophyly of extant gymnosperms and origin of Gnetales from conifers. PNAS 97: 4086-4091. Judd. W.S.; Campbell, C.S.; Kellogg, E.A.; Stevens, P.F. & Donoghue, M.J. 2008. Sistemática vegetal: um enfoque filogenético. 3ª. Edição.Artmed editora, 612p. Raven, P.H.; Evert, R.F. & Eichhorn, S.E. 2005. Biology of Plants. 7th. Edition. W.H. Freeman and Company, New York, USA. 686p. Simpson, M.G. 2006. Plant Systematics. Elsevier Academic Press, MA, USA. 590p. Soltis, D.E. et al. 2000. 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