Homônios Veetais GAS ETILENO

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Etileno:o Hormônio Gasoso dos Vegetais

SUMÁRIO ASSUNTOS

PÁGINAS

INTRODUÇÃO OCORRÊNCIA DO ETILENO BIOSSÍNTESE E INATIVAÇÃO APLICAÇÕES DE FITORREGULADORES FITORREGULADORES AUXINA CITOCININAS GIBERELINAS ÁCIDO ABSCÍSICO ETILENO

2 3 3 6 6 9 9 9 9

FATORES BIÓTICOS E ABIÓTICOS TEMPERATURA LUZ OXIGÊNIO GÁS CARBÔNICO ALAGAMENTO SECA SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS FERIMENTOS FERIMENTO S MECÂNICOS INFECÇÕES POR PATÓGENOS TRANSPORTE DE ETILENO MECANISMO DE AÇÃO DO ETILENO

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PRINCIPAIS FUNÇÕES DO ETILENO NOS VEGETAIS DIVISÃO E EXPANSÃO CELULAR DORMÊNCIA CRESCIMENTO E DIFERENCIAÇÃO DA PARTE AÉREA CRESCIMENTO LENTICELAS HIPERTROFIADAS INDUÇÃO FLORAL E EXPRESSÃO SEXUAL TECIDOS SECRETORES SENESCÊNCIA ABSCISÃO AMADURECIMENTO DE FRUTOS EPINASTIA DAS FOLHAS FORMAÇÃO DO GANCHO PLUMULAR CRESCIMENTO E DIFERENCIAÇÃO DAS RAÍZES CRESCIMENTO FORMAÇÃO DE PÊLOS ABSORVENTES RAÍZES ADVENTÍCIAS AERÊNQUIMA

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PRODUÇÃO DE ETILENO INDUZIDO POR ESTRESSE

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INIBIDORES DA SÍNTESE DE ETILENO

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INIBIDORES DA AÇÃO DO ETILENO

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USO COMERCIAL

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BIBLIOGRÁF ICAS

36 Prof. Dr. Roberto Cezar Lobo da Costa

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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DA AMAZÔNIA INSTITUTO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS DISCIPLINA: FISIOLOGIA VEGETAL PROFESSOR: ROBERTO CEZAR LOBO DA COSTA

ETILENO 1- INTRODUÇÃO Em 1893, foi verificado em Açores, que serragem de madeira quando queimada a fumaça produzida provocava a floração de plantas de abacaxi cultivadas em casa de vegetação. Depois de 40 anos produtores começaram a induzir a floração expondo as plantas à fumaça durante 12 horas. Na metade do século XIX, o pesquisador Fahnestock (1858) observou que um gás de iluminação havia danificado uma coleção de plantas mantidas em casa de vegetação causando senescência e abscisão das folhas. Após alguns anos os mesmos danos foram causados em árvores próximas a vazamentos desse gás, onde Girardin, identificou a presença de etileno. O estudante russo Dimitry Nikolayevich Neljubow fez a descoberta que o gás etileno como componente biologicamente ativo do gás da iluminação. Onde o mesmo fez pesquisas com ervilhas crescidas no escuro com aplicação de 0,06µl l-1, produzia 3 respostas no caule: aumento radial (intumescimento), inibição do alongamento e uma orientação horizontal do órgão.(figura12.1 kerbauy). Entre 1917 e 1937 foram realizados vários estudos com amadurecimentos de frutos, contudo em 1935, Gane cientista inglês apresentou provas químicas que o etileno era produzido em plantas, onde finalmente Crozier, Hitchock concluíram que o etileno seria um regulador endógeno de crescimento, e poderia ser considerado um hormônio de amadurecimento.

Prof. Dr. Roberto Cezar Lobo da Costa

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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DA AMAZÔNIA INSTITUTO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS DISCIPLINA: FISIOLOGIA VEGETAL PROFESSOR: ROBERTO CEZAR LOBO DA COSTA

ETILENO 1- INTRODUÇÃO Em 1893, foi verificado em Açores, que serragem de madeira quando queimada a fumaça produzida provocava a floração de plantas de abacaxi cultivadas em casa de vegetação. Depois de 40 anos produtores começaram a induzir a floração expondo as plantas à fumaça durante 12 horas. Na metade do século XIX, o pesquisador Fahnestock (1858) observou que um gás de iluminação havia danificado uma coleção de plantas mantidas em casa de vegetação causando senescência e abscisão das folhas. Após alguns anos os mesmos danos foram causados em árvores próximas a vazamentos desse gás, onde Girardin, identificou a presença de etileno. O estudante russo Dimitry Nikolayevich Neljubow fez a descoberta que o gás etileno como componente biologicamente ativo do gás da iluminação. Onde o mesmo fez pesquisas com ervilhas crescidas no escuro com aplicação de 0,06µl l-1, produzia 3 respostas no caule: aumento radial (intumescimento), inibição do alongamento e uma orientação horizontal do órgão.(figura12.1 kerbauy). Entre 1917 e 1937 foram realizados vários estudos com amadurecimentos de frutos, contudo em 1935, Gane cientista inglês apresentou provas químicas que o etileno era produzido em plantas, onde finalmente Crozier, Hitchock concluíram que o etileno seria um regulador endógeno de crescimento, e poderia ser considerado um hormônio de amadurecimento.


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Figura 1. Representação esquemática de plântulas estioladas de ervilhas. (1) Plântula em água; (2) Plântula tratada com etileno, apresentando no epicótilo: a) inibição do alongamento; b) aumento de expansão radial; c) orientação horizontal de crescimento. Fonte: Kerbauy (2004). 2- OCORRÊNCIA DO ETILENO O etileno em zonas rural é encontradas em baixas concentrações, em torno de 0,001 a 0,005µl-1 na atmosfera, já em meios urbanos pode ser de 10 a 100 vezes maior do que no campo, principalmente em dias nublados e ventos, onde as principais fontes são os automóveis, o fogo e a industria. Os tecidos meristemáticos e as regiões nodais geralmente uma produção elevada desse gás, também observada durante a abscisão de folhas, a senescência de flores e amadurecimento de frutos, sendo este último dependendo dos teores de etileno são chamados de climatéricos (com produção elevada de etileno) e não-climatérios (com produção de baixos teores de etileno). Em se tratando de germinação, há um aumento de na taxa de produção da radícula e no desenvolvimento da plântula.

3- BIOSSINTESE E INATIVAÇÃO O etileno pode ser produzido em quase todas as partes dos vegetais superiores embora a taxa de produção dependa do tipo de tecido e do estágio de desenvolvimento. Em geral, as regiões metristemáticas e as regiões dos nós são as mais ativas na síntese de etileno. Contudo, a produção de etileno aumenta também durante a abscisão foliar e a senescência da flor, bem como durante o Prof. Dr. Roberto Cezar Lobo da Costa

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amadurecimento de frutos. Qualquer tipo de lesão pode produzir a biossíntese de etileno, assim como o estresse fisiológico provocado por inundação, resfriamento, moléstia, temperatura, ou estresse hídrico. O aminoácido metionina é o precursor do etileno e o ACC (ácido 1-aminocloropropano-1carboxílico) funciona como um intermediário na conversão da metionina em etileno. O etileno é a mais simples olefina (alceno) conhecida – seu peso molecular é 28 – sendo mais leve que o ar sob condições fisiológicas:

Etileno Ë inflamável e rapidamente sofre oxidação. O etileno pode ser oxidado a óxido de etileno:

Óxido de etileno E pode ser hidrolisado a etileno glicol:

Etileno glicol Em muitos tecidos vegetais, o etileno pode ser completamente oxidado a CO2, segundo a reação: Oxidação completa do etileno

Etileno

Óxido de Etileno

Ácido

Dióxido

oxálico de carbono

O etileno é facilmente liberado dos tecidos e se difunde como gás através dos espaços intercelulares para o exterior do tecido. A concentração do etileno de 1 µL L-1 na fase gasosa, a 25 ºC, corresponde à concentração de 4,4 x 10-9M do etileno na água. Devido a facilidade na medição, são geralmente utilizadas as concentrações do etileno na fase gasosa. Prof. Dr. Roberto Cezar Lobo da Costa

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Uma vez que o gás etileno é perdido dos tecidos com facilidade, podendo afetar outros órgãos, são utilizados sistemas de captura desse hormônio durante o armazenamento de frutos, vegetas e flores. O permanganato de potássio (KMnO4) é um absorvente eficiente do etileno e pode reduzir de 250 para 10 µL L-1 a concentração desse hormônio nos locais de armazenamento de maçãs, aumentando o tempo de estocagem de tais frutos.

Figura 2. A rota biossintética do etileno e o ciclo de Yang. O aminoácido metionina é o precursor do etileno. A etapa limitante da rota é a conversão do AdoMet em ACC, a qual é catalisada pela enzima ACC sintase. A última etapa da rota, a conversão do ACC em etileno, necessita do oxigênio e é catalisada pela enzima ACC oxidase. O grupo CH3-S da metionina é reciclado pela via do ciclo de Yang e, assim, conservada para a continuação da síntese. Além de ser convertido em etileno, o ACC pode ser conjugado com o N-malonil ACC. AOA = ácido aminoxiacético; AVG = aminoetóxivinilglicina. Fonte: Taiz & Zeiger (2004). O etileno são hidrocarbonetos insaturados, simétrico de 2 carbonos, uma dupla, 4 hidrogênios, pesos moleculares de 28,05, inflamável, incolor com odor adocicado similar ao éter e gasoso. Algumas substâncias são análogas ao etileno, com atividades biológicas similares como são os casos do propileno e acetileno, sendo estas moléculas preferencialmente pequenas e com duplas ligações. Quanto maior a cadeia de carbono e contendo ligações triplas menor sua atividade biológica. A via biossintética do etileno elucidada por Adams e Yang (1979), que verificaram, com carbono marcado, a conversão do L- metionina à S- adenosilmetionina, e desta aos produtos: ácido 1- aminociclopropano 1-carboxílico ( ACC) etileno.(Figua 2) Prof. Dr. Roberto Cezar Lobo da Costa

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A atividade da sintase do ACC é o ponto regulatório mais importante na produção de etileno, sendo os teores dessa enzima afetados por mudanças ambientais, hormonais e por diversos fatores fisiológicos. Verificou-se que a germinação, amadurecimento de frutos, senescência ou mesmo a resposta a estresses dentre os quais ferimentos mecânicos, secas, alagamento, geadas, infecções e agente tóxico são acompanhado pela ativação da sintase do ACC, promovendo elevação de etileno. A conversão de ACC a etileno é produzida pela enzima oxidativa ou mais conhecida como oxidase do ACC. Essa enzima esta associada à membrana plasmática ou presente no apoplasto. Esta enzima necessita de ferro, ascorbato e CO2 para sua atividade, podendo ser inibida por benzoato de sódio, altas temperaturas, baixa oxigenação e íons cobalto(Co+2). Devido o etileno ser um gás, sua aplicação no campo se torna difícil, mas em seu lugar vem sendo utilizado o ácido 2-cloroetilfosfônico, também conhecido como ethrel, que é uma substância inerte com o pH menor que 4, entretanto misturado em água e absorvido pela planta libera etileno em pH fisiológico. Essa solução aquosa de ethrel pode ser facilmente pulverizada em plantas, sendo absorvido e transportadas para os tecidos. Podendo ser usada para amadurecimento de frutos de tomate, maçã, como na sincronização da floração em bromeliácea, destacando o abacaxizeiro.

4- APLICAÇÕES DE FITORREGULADORES 4.1- AUXINA Em alguns casos, a auxina e o etileno provocam respostas semelhantes nas plantas, como a indução da floração em abacaxi e a inibição do alongamento de caules. Tais respostas podem ser devido à capacidade das auxinas em promover a síntese de etileno pelo aumento da atividade da ACC sintase. Essas observações sugerem que algumas respostas anteriormente à auxina (ácido indol-3-acético ou AIA) devem-se, na verdade, à produção do etileno em resposta à auxina. Inibidores da síntese de proteínas bloqueiam tanto a síntese de ACC quanto à de etileno induzida pela auxina, indicando que a síntese de uma nova proteína ACC promovida pela auxina ocasiona um aumento marcante na produção de etileno. Vários genes que codificam a ACC sintase foram identificados, cujos níveis de transcrição são elevados após a aplicação exógena do AIA, sugerindo que o aumento na transcrição é, pelo menos em parte, responsável pelo aumento na produção de etileno em resposta à auxina. A produção do etileno pode também ser uma regulação pós-transcricional. Em alguns tecidos vegetais, como de ervilha e Arabidopsis, a aplicação exógena de citocininas provoca o Prof. Dr. Roberto Cezar Lobo da Costa

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aumento na produção de etileno, resultando em um fenótipo de resposta tríplice. (Figura 3). Estudos genéticos e moleculares têm demonstrado que as citocininas aumentam a biossíntese do etileno pelo aumento da estabilidade e/ou atividade de uma isoforma da ACC sintase. Em concentrações acima de 0,1 uL L-1, o etileno altera o padrão de crescimento de plântulas pela redução da taxa de alongamento (redução do crescimento em altura) e aumento da expansão lateral (engrossamento), levando ao intumescimento da região imediatamente abaixo do gancho plumular (curvatura do caule na região dos cotilédones), além de promover um aumento do próprio gancho plumular ou um crescimento horizontal da planta. Tais efeitos do etileno são comuns no crescimento da parte aérea de muitas dicotiledôneas, constituindo um elemento de resposta tríplice (Figura 3).

Figura 3. Resposta tríplice de plântulas estioladas de ervilha. Plântulas de ervilha com seis dias foram tratadas com etileno 10 ppm (partes por milhão) de etileno (plântulas da direita) ou mantidas sem tratamento (plântulas da esquerda). As plântulas tratadas apresentaram uma expansão radial, inibição do alongamento do epicótilo e um crescimento horizontal do epicótilo (diagravitropismo). Fonte: Taiz & Zeiger (2004). O direcionamento da expansão da célula vegetal é determinado pela orientação das microfibrilas de celulose da parede celular. As microfibrilas transversais forçam a parede celular nas direções laterais, de forma que a pressão de turgor é dirigida para o alongamento celular. A orientação das microfibrilas, por sua vez, é determinada pela orientação do arranjo cortical dos microtúbulos no citoplasma cortical (periférico). No arranjo típico das células vegetais em alongamento, os microtúbulos corticais estão organizados transversalmente, dando origem ao arranjo transversal das microfibrilas de celulose. Durante a resposta tríplice das plantas ao etileno, o padrão transversal, de alinhamento dos microtúbulos é desorganizado e alterado para uma orientação longitudinal. Esta mudança de 90º na orientação dos microtúbulos leva a uma deposição paralela das microfibrilas de celulose. O novo


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depósito da parede é reforçado mais na direção longitudinal do que na direção transversal, promovendo a expansão lateral em vez do alongamento. Foi descoberto que os microtúbulos não se orientam a partir do sentido transversal para o longitudinal pela despolarização completa dos microtúbulos transversais, seguida pela repolarilação de um novo arranjo longitudinal de microtúbulos. Em vez disso, ocorre o aumento do número de microtúbulos não-alinhados transversalmente, que surgem em uma posição específica (Figura 4). Em seguida, os microtúbulos adjacentes adotam o novo alinhamento, sendo que, em um determinado estágio, diferentes alinhamentos coexistem antes que seja adotada uma orientação longitudinal uniforme.

Figura 4. Reorientação dos microtúbulos, de transversal para vertical, em células epidérmicas do caule de ervilha, em resposta ao ferimento. Uma célula viva da epiderme foi microinjetada com rodamina conjugada a tubulina, que foi incorporada aos microtúbulos da planta. Uma série de tempos de aproximadamente seis minutos de intervalo mostra os microtúbulos corticais sendo reorientados de uma rede transversal para oblíqua/longitudinal. A reorientação parece envolver o surgimento de um novo conjunto “discordante” de microtúbulos em uma nova direção, concomitantemente com o desaparecimento de microtúbulos do alinhamento anterior. Fonte: Taiz & Zeiger (2004). Os inibidores são úteis na identificação dos hormônios que apresentam efeitos idênticos nos tecidos vegetais ou quando um hormônio afeta a síntese ou a ação de outro hormônio. O etileno mimetiza altas concentrações de auxina, provocando a epinastia (curvatura das folhas para baixo) e a inibição do crescimento do caule. A utilização de inibidores da biossíntese e da ação do etileno possibilita distinguir entre as ações da auxina e do etileno. Os estudos utilizando inibidores mostram que o etileno é o agente primário da epinastia e que a auxina age indiretamente, causando um aumento substancial na produção do etileno.


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A aplicação de AIA provoca a elevação da produção de ACC e etileno, refletindo na elevação de mRNA da sintase do ACC. A aplicação de auxinas sintéticas como ANA, 2,4-D e picloram (ambos herbicidas) estimula a produção de etileno, enquanto que AVG bloqueia esse gás.

4.2-CITOCININAS Plantas tratadas com citocininas, eleva a produção de etileno de 2 a 4 vezes, conforme observado em milho, alface e etc..A aplicação de citocininas e auxinas resulta na produção de etileno muito maior quando esses são aplicados isoladamente, em sementes de pepino foi observado este fato, onde o efeito do sinergismo, esta associado a maior atividade sintase do ACC, e conseqüentemente a produção de ACC.

4.3- GIBERELINAS Nos casos de tratamentos com giberelina, pequenos e variáveis na produção de etileno. Onde apenas um leve incremento na produção de etileno foi verificado com feijão e sementes de amendoim.

4.4- ÁCIDO ABSCISICO O ABA em algumas plantas quando aplicado promove a produção de etileno como em alfaces e maçãs, pode ser considerado pequeno com um aumento de 2 vezes nos teores de etileno, possivelmente pela estimulação da oxidase ACC, entretanto em folhas de trigo submetidas à seca, a aplicação de ABA inibiu a produção de etileno.

4.5- ETILENO Dependendo do tecido vegetal a aplicação de etileno pode provocar a autocatálise ou a autoinibição desse hormônio. Durante o amadurecimento de frutos a aplicação de etileno induzirá a autocatálise, ou seja, promove a conversão de ACC a etileno. Por outro lado à auto-inibição, vai bloquear a síntese de ACC através da diminuição da atividade da sintase do ACC.


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5- FATORES BIÓTICOS E ABIÓTICOS 5.1- TEMPERATURA A temperatura ótima para a produção de etileno é de cerca de 30º C, diminuindo sua síntese em temperaturas mais elevadas de um valor máximo de em torno de 40º C. Em temperaturas elevadas às enzimas oxidases do ACC são inativadas, possivelmente devido a sua localização ser nas membranas ou no apoplasto. Entretanto a sintase do ACC, não é prejudicada em temperaturas elevadas, ocorrendo um acúmulo de ACC. Temperaturas extremas podem gerar estresses, levando síntese de etileno.

5.2- LUZ A quantidade e qualidade de luz vão interferir na produção de etileno, podendo ter uma promoção ou inibição do mesmo. Em tecidos verdes a luz inibe a produção de etileno. Em amendoim rasteiro as gemas crescem horizontalmente, na presença de luz, e quase que verticalmente no escuro, onde a produção de etileno é 3 vezes maior. Onde podemos dizer que o etileno de alguma forma, orienta o crescimento de plantas rasteiras. As baixas intensidades de luz podem estimular a síntese de etileno e abscisão foliar de plantas sensíveis à sombra, por exemplo de algumas cultivares de pimenta.

5.3- OXIGÊNIO Como a enzima oxidase ACC de pende de oxigênio, o aumento do mesmo vai aumentar a produção de etileno, onde em frutos climatéricos podem ser inibidos com baixos teores de O2, isso explica os baixos teores de O2 em câmaras controladas para armazenamentos de frutos.

5.4- GÁS CARBÔNICO A síntese de etileno através de CO2, vai depender dos tecidos vegetais. A ação antagônica do CO2 em relação aos frutos climatéricos, possibilita o armazenamento de frutos em câmaras com concentrações elevadas de CO2. Em pêssego e maçã, colocada em câmara enriquecida com 40% de CO2 não houve produção de etileno, porém à taxa respiratória foi reduzida a metade. Entretanto em plantas de milho, arroz e


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etc...Colocadas em concentrações altas de CO2 tiveram a produções de etileno aumentada, resultante de uma maior atividade ou síntese da oxidase do ACC.

5.5- ALAGAMENTO A água em excesso pode asfixiar as raízes das plantas terrestres devido a redução ou eliminação do oxigênio no solo, impedindo as trocas gasosas entre as raízes, a rizosfera e o ambiente aéreo. Em plantas alagadas o etileno é o hormônio encontrado em teores mais altos nas plantas alagadas, provocando redução do crescimento da folhas, caules e raízes, a epinastia, senescência e abscisão foliar, aumento da espessura da base caulinar, formação de aerênquima e raízes adventícias, bem como a hipertrofia de lenticelas dos caules e das raízes. O precursor ACC é acumulado na raiz hipóxica e transportado pelo xilema para a parte aérea mais oxigenada, onde será oxidado a etileno, elevando a produção desse gás. Após 24 horas de alagamento o teor de ACC aumenta significativamente, onde a produção de etileno a partir de 48 horas (Tabela 1).

Tabela 1. Efeitos do alagamento sobre os teores deACC (nmol g-1) na seiva do xilema de etileno (nl g-1 h-1) em pecíolos de plantas de tomate ( Lycopersicum esculentum). Plantas-controles (mantidas em solo drenado) e plantas alagadas durante 24, 48 e 72 horas. Fonte: Kerbauy (2004).

5.6- SECA Varias espécies de vegetais, quando submetidos a seca, apresentam uma elevação nos teores de etileno. Estas alterações fisiológicas, bioquímicas e moleculares estão associadas ao aumento e redistribuição de ácido abscísico.


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5.7- SUBSTANCIAS QUÍMICAS A produção de etileno pode ser estimulada por vários metais fitotóxicos, como cobre, ferro, prata, lítio e zinco; compostos inorgânicos, como a amônia, bissulfito; orgânicos como acido ascórbico; herbicidas, pesticidas e desfolhante como cianeto de potássio.

5.8- FERIMENTOS MECANICOS A síntese de etileno pode ser promovida através de estímulos mecânicos, como fragmentação de órgãos, a incisão, sendo a produção desse gás dependente da intensidade do ferimento, onde há uma maior produção de sintase do ACC.(Tabela 2).

Tabela 2. Efeitos de ferimento na produção, durante 25 horas, da sintase do ACC (nmol g-1 h-1), ACC (nmol g-1) e etileno (nmol g-1 h-1) em discos de mesocarpo de (Curcubita maxima). Fonte: Kerbauy (2004).

5.9- INFECÇÕES POR PATÓGENOS O amarelecimento, epinastia e abscisão das folhas podem ser provocada pela infecção de fungos, vírus e bactérias. Estes sintomas são típicos do etileno, que parece estar ligado ao mecanismo de resistência (Figura 5). O aumento de etileno provoca uma série de alterações na atividade de enzimas como a catalase, quitinase, glucanase, invertase e etc... Onde esta associada com a resistência.


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Figura 5. Produção de etileno por plantas de algodão sadias e infectadas. Isolado de Verticillium albo-atrum com ação desfolhante ocasionou uma maior produção de etileno que o isolado não desfolhante. Fonte: Taiz & Zeiger (2004). 6- TRANSPORTE DE ETILENO O transporte de etileno é independente de tecidos vasculares e de outras células. Esse gás se move facilmente nos espaços intercelulares, podendo ser perdido para o meio ambiente. A água e os solutos do citoplasma dificultam o movimento do etileno, sendo o seu coeficiente de difusão, cerca de 10.000 vezes inferior ao do ar. Devido sua afinidade com os lipídios (14 vezes mais solúvel do que na água), o etileno é capaz de difundir-se com facilidade pela casca de alguns frutos, com a maçã (presença de ceras).

7- MECANISMO DE AÇÃO DO ETILENO Os hormônios apresentam, freqüentemente, diferentes tipos de células-alvo respondem ao mesmo conjunto de sinais através de mecanismos similares de percepção e transdução, porem em seus programas moleculares são distinto. Independente da diversidade de efetivos do etileno no desenvolvimento vegetal, seu mecanismo de ação envolve, num primeiro momento a ligação a um receptor específico, seguido por uma ou mais vias de transdução de sinais, obtendo-se então a resposta celular (Figura 6). Na ausência de etileno, essas respostas são reprimidas, possivelmente pela ativação direta do regulador negativo CTR1, que atuaria sobre cascata de fosforilações, impedindo a seqüência de proteínas EIN2, EIN3 e ERFl de se tornar ativa.


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Figura 6. Modelo hipotético de sinalização do etileno em Arabidopsis. O etileno se liga aos receptores ETR1 ou RRS1, que são proteínas de membrana do retículo endoplasmático. Os receptores de etileno ETR2 e EIN4, similares a ETR1 e ERS2, similar a ERS1, também podem estar na membrana. O etileno se liga ao receptor através do co-fator cobre, o que causa a inativação do CTR1, permitindo que EIN2 se torne ativado, o que promove a ativação de uma cascata de fatores de transcrição, incluindo o EIN3 e o ERF1, que causam a expressão de genes estimulados por etileno. Fonte: Kerbauy (2004).


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8- PRINCIPAIS FUNÇÕES DO ETILENO NOS VEGETAIS 8.1- DIVISÃO E EXPANSÃO CELULAR O crescimento reduzido provocado pelo etileno em plantas intactas, esta ligada ao retardamento ou até mesmo a inibição da divisão celular, devido a maior duração da fase G1, G2 ou S. O etileno provoca a reorganização de microfibrilas de celulose da parede celular, na posição normalmente transversal para longitudinal, tendo como conseqüência, uma redução no alongamento longitudinal e um incremento na expansão celular lateral, fazendo com que o caule fique mais tempo curto e espesso. (Figura 7)

Figura 7. Área média de células da base caulinar de plantas Pelthophorum dubium. Controleplantas drenadas; controle + etileno- plantas drenadas e tratadas com 240 mg l-1 de Ethrel; Um aumento similar das áreas das células foi verificado tanto em plantas drenadas tratadas Ethrel quanto em plantas submetidas ao alagamento. As maiores áreas celulares são observadas em plantas alagadas tratadas com Ethrel. Fonte: Kerbauy (2004). 8.2- DORMÊNCIA A habilidade de muitas plantas se desenvolverem em estações do ano ou regiões adversas depende da capacidade que apresentam de restringir o desenvolvimento sob condições desfavoráveis e retomá-lo em condições apropriadas. Os mecanismos de reativação do crescimento e desenvolvimento ainda não são totalmente compreendidos, podendo haver alguma participação do etileno nesses processos. O envolvimento do etileno na promoção da germinação foi observado, inicialmente, na Prof. Dr. Roberto Cezar Lobo da Costa

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década de 20 em algumas espécies de mono e dicotiledôneas. Sementes dormentes de pêssego, por exemplo, apresentam uma produção reduzida de etileno no eixo embrionário, podendo a germinação destas ser promovida através de tratamento com Ethrel. Em carrapichos, as sementes não-dormentes produzem até 4 vezes o teor de etileno verificado nas sementes dormentes, cujos tecidos acumulam ACC e apresentam baixas concentrações da oxidase do ACC. Em sementes de alface e de Xanthium pensylvanicum, a utilização de inibidores da síntese de etileno, como o AVG e íons cobalto, reduz a taxa de germinação, efeito esse revertido, por sua vez, com a aplicação desse gás. O efeito do etileno na promoção do desenvolvimento de brotos laterais em plantas lenhosas é conhecido desde a década de 20, apesar de não se saber ainda ao certo como atuaria nesse processo. O desenvolvimento dos ramos laterais resultaria da remoção do efeito inibitório do meristema apical sobre as gemas laterais, cuja dormência é controlada por vários hormônios, podendo o etileno modular a atividade desses hormônios (como estudado em Auxinas e Citocininas). A brotação de bromeliáceas, cormos de gladíolos e tubérculos de batatas pode ser estimulada, experimentalmente, por etileno, estando associada, pelo menos no último caso, ao aumento da taxa respiratória e à mobilização de carboidratos.

8.3- CRESCIMENTO E DIFERENCIAÇÃO DA PARTE AÉREA 8.3.1- CRESCIMENTO A inibição do crescimento resultante da divisão e alongamento celulares é um efeito marcante do etileno, interpretado como conseqüência de alterações no transporte ou da ação de substâncias promotoras desses eventos celulares. Em caules e raízes, a inibição do crescimento é rápida, porém reversível, tanto em plantas intactas quanto em segmentos isolados. Entretanto, em plantas aquáticas, o crescimento de caules, pecíolos e pedúnculos de frutos é estimulado pela elevação do teor de etileno, este resultante simultaneamente do aumento na síntese do ACC e redução na difusão deste e de outros gases, de acordo com o observado, por exemplo, em arroz, pecíolos de várias plantas de hábito aquático, como Ranunculus sceleratus, Rumex palus, tris Rumex crispus, Nymphoides peltata, Callitriche platycarpa

e raquis de Regnillidium diphyllum (samambaia) podem também ter o crescimento

favorecido por etileno. Esses efeitos estimulatórios podem ser resultantes da interação do etileno com outros hormônios, dentre os quais um aumento na síntese de ácido giberélico (AG), ou uma diminuição no teor do ácido abscísico (ABA), alterando assim, favoravelmente, o balanço entre as Prof. Dr. Roberto Cezar Lobo da Costa

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substâncias promotora e inibidora do crescimento (Figura 8). Perturbações mecânicas no caule causadas pelo vento podem estimular a produção de etileno e alterar o crescimento e desenvolvimento das plantas, modificando sua estatura e formato. Em hipocótilo de pepino, a produção de etileno foi duplicada após 4 horas da perturbação mecânica, causando a curvatura da plântula em direção ao estímulo, processo esse observado em cerca de 50 espécies de 20 famílias diferentes.

Figura 8. Crescimento caulinar de plantas de arroz cultivadas sob alagamento. Nessa condição, as plantas apresentam teores elevados de etileno o que acarreta uma diminuição da concentração do hormônio inibidor do crescimento ABA e um aumento no teor do hormônio promotor do crescimento GA, o que promove o crescimento do caule. Fonte: Kerbauy (2004). 8.3.2- LENTICELAS HIPERTROFIADAS O etileno está associado à hipertrofia de lenticelas caulinares, estas resultantes de um aumento de volume do tecido parenquimatoso encontrado junto a seus poros. Em plantas de Croton urucurana

mantidas sob condições de capacidade de campo e tratadas com Ethrel, observou-se que

o número de lenticelas aumentava com o aumento da concentração dessa substância liberadora de etileno (Tabela 3). Essa hipertrofia tem sido observada na base de caules e em raízes de plantas sujeitas ao alagamento, representando estruturas importantes para a eliminação de compostos tóxicos, como o etanol, e também para a captação do oxigênio, que se difunde da parte aérea para as raízes submersas (hipóxicas).

Tabela 3. Número médio de lenticelas hipertrofiadas encontradas em uma área de 0,25 cm2 na base caulinar de plantas de Croton urucuana tratadas com 150 e 300 mg/L de Ethrel. Fonte: Kerbauy (2004).


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8.3.3- INDUÇÃO FLORAL E EXPRESSÃO SEXUAL A promoção da floração pelo etileno, inicialmente observada em abacaxizeiro e mangueira através da fumaça de madeira, é limitada a um pequeno número de espécies, destacando-se as espécies de Bromeliaceae. Em plantas de abacaxi, a aplicação de Ethrel ou de auxinas que induzem a produção de etileno sincroniza a resposta de floração e, portanto, a colheita dos frutos, representando uma importante prática horticultural. A resposta ao etileno é dependente da presença de pelo menos uma folha com grau mínimo de maturidade. Enquanto o tratamento de 6 horas com etileno mostrou-se suficiente para promover após 4 dias a indução floral em abacaxi, o tratamento com AVG em algumas espécies ornamentais de Bromeliaceae atrasou a formação de flores. A aplicação de etileno aumentou a formação de hastes florais em gladíolo, narciso e íris, cujos bulbos foram tratados com esse hormônio. Em Narciso tazetta, a aplicação desse gás aumentou a taxa de floração em 70% e reduziu em 20 dias o tempo de juvenilidade. Tratamentos com etileno podem promover a feminilização na alga marinha Dictiostelium mucoroides

e na briófita Selaginella, assim como em plantas superiores, dentre as quais as

Cucurbitaceae.

Esse processo pode ser resultante da indução de um meristema floral feminino ou

da ação letal do etileno na gametogênese masculina. Em Gramíneas, especialmente em trigo, 89% das plantas tratadas com esse gás apresentaram esterilidade masculina. Por outro lado, a aplicação de etileno em Cucurbitacea, Morus, Ricinus communis (mamona) e Spinacia induziram a formação de flores femininas. O tratamento com giberelina exerce um efeito contrário ao etileno, favorecendo a produção de flores masculinas, efeito esse também verificado com a aplicação de inibidores da síntese de etileno (AVG) e de sua ação (íon prata).

8.3.4- TECIDOS SECRETORES Algumas plantas possuem tecidos secretores como os ductos de resina em Pinaceae e os ductos gomíferos em Prunoideae, Citrus e Acacia. O etileno tem sido associado à indução dessas estruturas secretoras, relacionadas geralmente com a defesa contra insetos e organismos causadores de doenças. A aplicação de Ethrel estimulou a formação de resinas e ductos resiníferos em Pinus, além da formação de gomas em Citrus vokameriana, mangueira e cerejeira. Estresses, como o alagamento, induzem a produção de etileno e a formação desses ductos resiníferos. Em Hevea brasiliensis

(seringueira), a aplicação de ACC é capaz de desencadear um aumento na produção e

fluxo de látex, sendo assim uma técnica bastante utilizada na produção comercial da borracha.


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8.3.5- SENESCÊNCIA A senescência ou envelhecimento nas plantas superiores, diferentemente do que geralmente se supõe, não deve ser visto como processo de deterioração, mas como parte integrante de um programa de desenvolvimento. Conforme mostrado, na Figura 9, a senescência pode ocorrer no organismo inteiro ou somente em parte dele. No primeiro caso, encontram-se as plantas que frutificam uma única vez (monocárpicas), as quais normalmente morrem após a frutificação, mesmo quando as condições ambientais continuam favoráveis ao desenvolvimento, como é o caso do milho, picão, alface, soja, tabaco etc. Nesse grupo não se encontram apenas plantas herbáceas, mas muitas espécies de agaves e touceiras de bambu, as quais podem demorar até dezenas de anos para florescer e frutificar, porém, quando o fazem, morrem rapidamente (Figura 9A). Nos vegetais monocárpicos, portanto, parece existir uma forte relação entre a frutificação e o estabelecimento dos eventos da senescência. Acredita-se, há bastante tempo, que a exaustão dos nutrientes disponíveis seria uma das causas desencadeadoras da senescência e a morte dessas plantas. De fato, se os botões florais de uma planta monocárpica forem sucessivamente eliminados à medida que se formam, a senescência pode ser retardada por um bom período de tempo. Em algumas plantas, apenas a parte aérea senesce, permanecendo intactas as raízes e uma pequena porção da base caulinar, da qual se formam novos brotos quando as condições ambientais se tomam favoráveis à retomada do crescimento (Figura 9B). A senescência pode ocorrer apenas nas folhas mais velhas, progredindo em direção às mais novas (Figura 9C). Nesse caso, a causa do amarelecimento inicial e da morte que se segue pode ser encontrada na translocação dos nutrientes dessas folhas para as regiões mais ativas do crescimento. A deficiência de nitrogênio é tida como uma das mais fortes causas dessa resposta. A senescência foliar pode ser desencadeada também por fatores ambientais, como o encurtamento dos dias e a diminuição das temperaturas outonais, conforme facilmente observado em angiospermas arbóreas de região de clima temperado, nas quais a senescência atinge todas as folhas simultaneamente, tomando-as amarelas-avermelhadas (Figura 9D). As flores podem também ser mencionada como órgãos de senescência simultânea, principalmente suas pétalas, sépalas e estames (Figura 9E), o que é facilmente visível, por exemplo, nos nossos ipês e jacarandás-mimosos, ambos da família Bignoneaceae. Quando não fecundadas, as flores inteiras caem. A senescência envolve tanto eventos citológicos quanto bioquímicos. Os cloroplastos do mesófilo são as primeiras organelas a entrar no processo de deterioração e de senescência foliar, desencadeado pela destruição das proteínas constitutivas dos tilacóides, do estroma (enzimas), Prof. Dr. Roberto Cezar Lobo da Costa

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degradação da clorofila e conseqüente perda da cor verde. A coloração amarela-avermelhada das folhas senescentes resulta da presença de carotenóides, antes mascarados pela clorofila. A senescência foliar progride com a redução do volume citoplasmático, número de ribossomos etc. A despeito dessas profundas modificações, o núcleo permanece estrutural e funcionalmente intacto até os estágios finais da senescência foliar. Embora a senescência envolva processos de degradação e desativação de funções, paradoxalmente a ocorrência desses eventos catabólicos depende da síntese "de novo" de enzimas hidrolíticas, como proteases, lipases e ribonucleases. Isso mostra, claramente, que a senescência não pode ser interpretada, conforme já mencionado, como um simples processo de deterioração, mas como um evento regulado geneticamente, com começo, meio e fim, como qualquer outro processo do desenvolvimento vegetal. Segundo o que se tem observado, alguns genes se encontram aparentemente desativados ou com baixa atividade durante o desenvolvimento das plantas, como é o caso dos genes associados a senescência (sag). Todavia, a partir de certo momento, passam a exercer um papel importante no desencadeamento da síntese de enzimas hidrolíticas. Tanto quanto se sabe até o momento, o etileno e as citocininas são os hormônios mais de perto relacionados com a senescência. Uma elevação na produção de etileno e uma concomitante diminuição dos teores de citocininas têm sido observadas em órgãos senescentes. Tratamentos com Ethrel (substância que libera etileno) e ACC aceleram a senescência foliar, enquanto as citocininas retardam pronunciadamente o envelhecimento desse órgão. O emprego de substâncias inibidoras da síntese de etileno, como aminoetoxivinilglicina (AVG) e íons cobaltos, ou as ações desse hormônio, como alguns sais de prata (AgN03) ou gás carbônico, retardam a senescência. Postula-se que a senescência foliar seja regulada por um balanço entre etileno e citocininas. Todavia, vale salientar que, a exemplo do que ocorre com os demais fitormônios, a resposta ao etileno e citocininas vai depender da sensibilidade das células a ambos. De modo geral, a sensibilidade ao etileno aumenta à medida que o órgão se desenvolve e amadurece; órgãos ainda muito jovens não são responsivo ao etileno. O etileno é o hormônio mais de perto envolvido com a senescência de folhas, flores ou partes florais. Evidências consistentes do envolvimento do etileno senescência foram observadas em plantas mutantes para as proteínas receptoras de etileno (ETRl). Esses mutantes são praticamente insensíveis ao etileno, retendo por um período mais longo as clorofilas das folhas e sépalas, em relação às respectivas plantas selvagens. Outras evidências relacionadas à importância do etileno na senescência de folhas, pétalas e sépalas têm sido obtidas em plantas geneticamente modificadas por meio da inserção, em sentido inverso, da região codificante do gene de uma proteína cuja função Prof. Dr. Roberto Cezar Lobo da Costa

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deseja-se bloquear. Dessa maneira, o produto da transcrição do gene inserido, o chamado RNAm anti-senso, será complementar ao produto da transcrição (RNAm) do gene endógeno. Os dois genes ligam-se por complementaridade de nucleotídeos, impedindo o acesso aos ribossomos. Como resultado, a produção da proteína em questão será reduzida. Plantas transgênicas portadoras de RNAm antisenso para os genes que codificam a sintase do ACC ou oxidase do ACC, ambas envolvidas na síntese do etileno, exibem atraso na senescência das folhas, pétalas e sépalas. Flores de cravos (Dianthus

sp.), que normalmente são muito sensíveis ao etileno, murchando rapidamente, quando

modificadas por RNAm anti-senso apresentaram uma duração bem maior do que as respectivas flores não modificadas geneticamente. A utilização dessa tecnologia na floricultura abre amplas perspectivas para a melhora da qualidade de flores cortadas ou envasada, aumentando a duração pós-colheita e todas as vantagens dela decorrentes.

Figura 9. Tipos principais de senescência em plantas superiores, com a morte da planta inteira (A); apenas a parte aérea (B); progressivamente das folhas mais velhas em direção às mais novas (C); simultaneamente em todas as folhas (D); e flores (E). Fonte: Kerbauy (2004). 8.3.6- ABSCISÃO Ao longo do seu desenvolvimento, as plantas superiores podem liberar folhas, flores, partes de flores e frutos. Esse é o processo de abscisão, geralmente relacionado com frutos maduros, órgãos senescentes danificados. A abscisão ocorre na camada ou zona de abscisão, um conjunto de células diferenciadas morfológica quanto fisiologicamente. As zonas de abscisão localizam-se entre o órgão e o corpo da planta e se estabelecem, precocemente, durante o desenvolvimento do órgão. Baseado em evidências experimentais disponíveis, tem sido sugerido que a abscisão seria controlada principalmente pela ação de dois hormônios: etileno e auxina. O primeiro teria um papel desencadeador da abscisão, enquanto a auxina estaria envolvida numa redução da sensibilidade das Prof. Dr. Roberto Cezar Lobo da Costa

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células ao etileno, prevenindo ou retardando,. dessa maneira, a queda dos órgãos. De fato, a aplicação de etileno estimula a abscisão após as células da camada de abscisão terem alcançado necessário grau de competência para tanto. De modo geral, órgãos ainda bastante jovens não respondem ao etileno. O efeito do etileno tem sido satisfatoriamente revertido pela aplicação de substâncias inibitórias da síntese ou da ação do etileno. As evidências disponíveis indicam que o efeito da auxina, nesse caso, ocorreria sob um rígido controle de sua concentração endógena no órgão. Experimentos nos quais foram retirados os limbos das folhas mostraram que os pecíolos logo sofriam abscisão, a qual, por sua vez, podia ser retardada se fosse aplicada pasta de lanolina contendo de 0,1 a 10 mg g-l de AIA. Tratamentos com doses elevadas de auxinas podem ter efeitos opostos, nesses casos contribuindo para a aceleração da abscisão, conforme tem sido verificado em folhas de várias espécies de angiospermas. Experimentos têm mostrado, em vários tipos de tecidos, que a presença de teores elevados de auxina estimula a síntese de etileno; trata-se de um efeito bastante conhecido das auxinas. O emprego de auxinas sintéticas como agentes desfolhantes é conhecido há tempos, destacando-se dentre elas o ácido 2,4,5 triclorofenoxiacético (2,4,5-T), componente ativo do "agente laranja", abundantemente utilizado pelos Estados Unidos na guerra do Vietnã. Do ponto de vista estritamente mecânico, a abscisão decorre do estabelecimento de uma fina camada transversal de células ao órgão, cujas ligações de paredes, inicialmente fortes, tomaram-se enfraquecidas devido às atividades de celulases e poligalacturonases. Conforme mostrado esquematicamente na Figura 10, inicialmente as células da zona de abscisão são relativamente pequenas e com citoplasma denso. Nessa condição, a folha mantém-se ligada à planta devido a um gradiente de auxinas fluindo do limbo em direção ao caule, tomando as células dessa camada pouco sensíveis ao etileno (Figura 10A). O desenvolvimento da zona de abscisão com a diminuição do gradiente de auxina está associado à maturidade foliar, estresse ou ácido abscísico, que eleva substancialmente a sensibilidade dessas células ao etileno (Figura. 10B), de forma que mesmo um pequeno aumento deste último é suficiente para estimular a formação de enzimas como as celulases, que hidrolisam a celulose da parede celular, causando a abscisão (Figura 10C). Conforme é ainda mostrado nessa figura, as células mais externas (do lado caulinar), mesmo após a abscisão, continuam a aumentar de tamanho; quando esse processo se encerra, elas são suberificadas e morrem, contribuindo assim para a formação de uma camada de proteção externa (Figura 10D). A abscisão depende da ativação de determinados genes que codificam enzimas hidrolíticas das paredes celulares. Tem sido observado que genes que codificam para a celulase, como, por exemplo, a β-1,4-glucanase, são induzidos preferencialmente nas células da zona de abscisão. Em Prof. Dr. Roberto Cezar Lobo da Costa

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tomate, foram detectados sete genes (cel 1 a cel 7) envolvidos com sete diferentes isoenzimas. Na separação do pedúnculo, o maior nível de expressão foi encontrado nos genes cel 1, cel 2 e ce1 5. A poligalacturonase está também relacionada com a separação de células tanto na abscisão de folhas quanto de flores e frutos. Conforme já mencionado, a síntese dessa enzima depende da presença de etileno, sendo três isoformas associadas com abscisão de tomate (TAPGl, TAPG2 e TAPG4).

Figura 10. Representação esquemática da abscisão de órgãos (folhas, flores ou partes florais). A) órgão (O) unido a planta (P) contendo células pequenas no local de ligação; B) essas células são diferenciadas em zona de abscisão(ZA) devido à diminuição do teor de auxina e aumento da sensibilidade ao etileno; C) na zona de abscisão ocorre a separação do órgão pela ação da celulase; D) nesse local é formado uma camada de proteção. Fonte: Kerbauy (2004). A capacidade de o gás etileno causar desfolhação em árvores de Bétula é apresentada na figura 10.1. A árvore do tipo selvagem a esquerda perdeu todas as folhas. Já a árvore à direita foi transformada com um gene de Arabdopsis para o receptor de etileno ETR1-1, o qual possui uma mutação dominante. Essa árvore é incapaz de responder ao etileno e não perde sua folhas após o tratamento com esse hormônio (Taiz & Zeiger,2004).

Figura 10.1 Bloqueio da síntese do etileno em bétula (Betula pendula). A planta da esquerda é o tipo selvagem que produz normalmente etileno. A planta da direita foi transformada com a versão mutante do receptor de etileno de Arabidopsis, ETR1-1. Uma das características dessa planta mutante é que ela não perde as folhas quando fumegada por três dias com 50 ppm de etileno. Fonte: Taiz & Zeiger (2004). Prof. Dr. Roberto Cezar Lobo da Costa

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8.3.7-AMADURECIMENTO DE ALGUNS FRUTOS O termo amadurecimento de frutos refere-se a mudanças no fruto que o tornam pronto para ser consumido. Tais mudanças incluem o amolecimento do fruto devido a quebra enzimática das paredes celulares, a hidrólise do amido, o acúmulo de açúcares e desaparecimento de ácidos orgânicos e de compostos fenólicos, incluindo os taninos. Sob uma perspectiva da planta, o amadurecimento do fruto indica que as sementes já estão prontas para serem dispersas. Por muito tempo, o etileno tem sido conhecido como o hormônio que acelera o amadurecimento de frutos. A exposição desses frutos ao etileno apressa os processos relacionados ao amadurecimento, sendo que um drástico aumento na produção de etileno acompanha o início do amadurecimento. No entanto, a avaliação de um grande número de frutos têm demonstrado que nem todos respondem ao etileno. Todos o frutos que amadurecem em resposta ao etileno exibem, antes da fase de amadurecimento, um aumento característico da respiração, chamado de climatério. Tais frutos também apresentam um pico na produção de etileno, imediatamente antes do aumento da respiração (Figura 11). Visto que o tratamento com etileno induz o fruto a produzir etileno adicional, essa reação pode ser descrita como autocatalítica. Maçãs, bananas, abacate e tomates são exemplos de frutos climatéricos. Em contraste, frutos cítricos e uvas não exibem aumento na respiração e na produção do etileno e são chamados de frutos não-climatéricos. Outros

exemplos

de

frutos

climatéricos e não-climatéricos são apresentados na Tabela 4.

FIGURA 11. Produção de etileno e respiração. O amadurecimento em banana é caracterizado por um aumento climatérico na taxa de respiração, conforme evidenciado pelo aumento na produção de CO2. O aumento climatérico na produção de etileno precede o aumento na produção de CO2, sugerindo que o etileno é o hormônio que desencadeia o processo de amadurecimento. Fonte: Taiz & Zeiger (2004).


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Quando frutos não-climatéricos e climatéricos são tratados com etileno, o início do climatério é acelerado. Quando frutos não-climatéricos são tratados da mesma forma, a magnitude do aumento respiratório ocorre em função da concentração do etileno, porém o tratamento não desencadeia a produção endógena do etileno nem acelera o amadurecimento. A explicação do papel do etileno no amadurecimento de frutos climatéricos resultou em muitas aplicações práticas que visam uniformizar ou retardar o amadurecimento. Embora o efeito do etileno exógeno no amadurecimento de frutos seja evidente, o estabelecimento de uma relação causal entre o nível endógeno do etileno e o amadurecimento de frutos é mais difícil. Os inibidores da síntese do etileno, como AVG ou da ação do etileno como CO2, NCPA ou Ag + têm retardado ou mesmo evitado o amadurecimento. Entretanto, a demonstração definitiva sobre a necessidade do etileno para o amadurecimento de frutos foi fornecida por experimentos nos quais a biossíntese desse hormônio foi bloqueada pela expressão de uma versão anti-senso da ACC sintase ou da ACC oxidase em plantas transgênicas de tomateiro. A eliminação da biossíntese do etileno nesses tomateiros transgênicos bloqueia completamente o amadurecimento dos frutos, sendo o amadurecimento restaurado pela aplicação exógena de etileno. Quando o fruto amadurece a taxa do ACC e a biossíntese do etileno aumenta. A atividade enzimática, tanto da ACC oxidase (Figura 12) quanto da ACC sintase é aumentada, bem como os níveis de RNAm de subgrupos de genes que codificam cada enzima. Contudo, a aplicação do ACC em frutos não maduros apenas aumenta levemente a produção do etileno, indicando que um aumento na atividade da ACC oxidase é a etapa limitante do amadurecimento (TAIZ & ZEIGER, 2004).

Figura 12. Variação no teor de etileno e de ACC, bem como na atividade da ACC oxidase, durante o amadurecimento de frutos. Alterações na atividade da ACC oxidase e na concentração do etileno e de ACC em maçãs da variedade Golden Delicius. Os dados estão plotados em função dos dias após a colheita. O aumento na concentração do etileno e de ACC e na atividade da ACC oxidase estão estreitamente relacionados ao amadurecimento. Taiz & Zeiger (2004). Prof. Dr. Roberto Cezar Lobo da Costa

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Tabela 4. Principais exemplos de frutos que apresentam respiração climatérica (frutos climatéricos) e respiração não climatérica (Frutos não climatéricos). Taiz & Zeiger (2004).

Outras demonstrações da necessidade do etileno para o amadurecimento de frutos vêm da análise da maturação never-ripe (nunca-maduro) em tomateiro. Essa mutação bloqueia completamente o amadurecimento dos frutos do tomateiro. Análises moleculares revelam que o never-ripe

deve-se a uma mutação de um receptor do etileno que confere a incapacidade de ligação

com esse hormônio. Tais experimentos fornecem uma prova evidente do papel do etileno no amadurecimento de frutos e abriram as portas para a manipulação do amadurecimento por meio de biotecnologia.

8.3.8- EPINASTIA DAS FOLHAS A curvatura das folhas para baixo, que ocorre quando o lado superior (adaxial) do pecíolo cresce mais rápido do que o lado inferior (abaxial), é chamada de epinastia (Figura 13). O etileno e as altas concentrações de auxina induzem a epinastia e, atualmente, está confirmado que a auxina age indiretamente pela indução da produção do etileno. O estresse salino ou a infecção por patógenos também aumentam a produção de etileno e induzem a epinastia. Não se conhece a função fisiológica dessa resposta. No tomateiro e em outras dicotiledôneas, a inundação (encharcamento) ou as condições anaeróbicas no entorno das raízes acentuam a síntese de etileno da parte aérea, levando à resposta epinástica. Uma vez que tal estresse ambiental é percebido pelas raízes e a resposta é exibida nas partes aéreas, um sinal deve ser transportado a partir das raízes até as partes aéreas. Esse sinal é o ACC, que é precursor imediato do etileno. Foi constatado que os níveis do ACC aumentam significativamente na seiva do xilema, após as raízes do tomateiro serem inundadas por um a dois dias (Figura 14). Prof. Dr. Roberto Cezar Lobo da Costa

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FIGURA 13. A epinastia, ou curvatura para baixo, de folhas de tomateiro (planta a direita) é provocada pelo tratamento com etileno. A epinastia ocorre quando as células do lado superior do pecíolo crescem mais rápido que as células do lado inferior. Fonte: Taiz & Zeiger (2004).

Horas de encharcamento

Figura 14. Variação na quantidade de ACC na seiva do xilema e a produção do etileno em pecíolos, após a inundação de plantas de tomateiro. O ACC é sintetizado nas raízes, porém é lentamente convertido em etileno sob condições anaeróbicas da inundação. O ACC é transportado via xilema para a parte aérea, onde é convertido em etileno. O etileno gasoso não pode ser transportado, de modo que geralmente afeta o tecido próximo ao local onde foi produzido. O ACC, precursor do etileno, é transportado e pode produzir etileno longe do local onde foi sintetizado. Fonte: Taiz & Zeiger (2004).


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8.3.9- FORMAÇÃO DO GANCHO PLUMULAR As plantas estioladas de dicotiledôneas são em geral caracterizadas por um pronunciado gancho, localizado imediatamente abaixo do ápice caulinar. Tal forma de gancho facilita a passagem da plântula através do solo, protegendo o delicado meristema apical. Assim como na epinastia, a formação e a manutenção do gancho plumular resultam de um crescimento assimétrico induzido pelo etileno. A forma fechada do gancho deve-se a um rápido alongamento do lado externo do caule, comparado com o lado interno. Quando o gancho plumular é exposto à luz branca, ele abre em decorrência do aumento da taxa de alongamento do lado interno, igualando as taxas de crescimento de ambos os lados. A luz vermelha induz a abertura do gancho plumular e a luz vermelho distante reverte o efeito da primeira, indicando que o fitocromo é o fotorreceptor envolvido no processo. Existe uma estreita relação entre o fitocromo e o etileno no controle da abertura do gancho. O etileno, produzido pelo tecido do gancho, mantido no escuro, inibe o alonga-mento das células do lado interno. A luz vermelha inibe a formação do etileno, promovendo o crescimento do lado interno e causando a abertura do gancho. (Figura 15) O tratamento com NAP (ácido1-N-naftilftalâmico), um inibidor do transporte polar de auxina, bloqueia a formação do gancho plumular. Isso indica que a auxina exerce um papel na manutenção da estrutura do gancho. A taxa de crescimento mais rápida do lado externo, em relação ao tecido interno, poderia indicar um gradiente de etileno dependente de auxina, análogo ao gradiente de auxina que se desenvolve durante a curvatura fototrópica.


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Figura 15. Plantas estioladas de 3 dias, crescida na presença (direita) ou ausência (esquerda) de 10 ppm de etileno. Observe o encurtamento do hipocótilo, a redução do alongamento da raiz e o aumento da curvatura do gancho plumular que resulta da presença de etileno. Fonte: Taiz & Zeiger (2004). 8.4- CRESCIMENTO E DIFERENCIAÇÃO DE RAÍZES 8.4.1- CRESCIMENTO As raízes também respondem substancialmente ao etileno do ambiente, o qual pode acumular-se na atmosfera do solo em concentrações relativamente elevadas. O crescimento das raízes é promovido por concentrações baixas de etileno e inibido sob concentrações mais elevadas desse gás. Prof. Dr. Roberto Cezar Lobo da Costa

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O etileno parece estar envolvido na penetração das raízes no solo: raízes de plantas de tomate, cultivadas in vitro, não conseguiam crescer no ágar quando tratadas com tiossulfato de prata, uma substância inibidora da ação do etileno. Raízes submetidas a barreiras mecânicas, como solos compactados, apresentam um aumento no diâmetro e uma diminuição no alongamento, tormando-se mais curtas e grossas. Entretanto, são formadas numerosas raízes laterais bastante finas, capazes de penetrar nos espaços do solo de 0,1-0,5 mm de diâmetro. O crescimento radial da raiz principal sob impedimento mecânico parece ser resultante de uma maior produção de etileno.

8.4.2- FORMAÇÃO DE PÊLOS ABSORVENTES Os pêlos absorventes, além de atuarem como espécie de âncora junto às raízes, têm também a função de facilitar a absorção de água e nutriente favorecida pelo aumento da área da superfície epidermal. A formação de pêlos, tanto na zona de alongamento quanto em outras partes das raízes de ervilha, feijão, alface, milho e orquídeas, tem sido promovida pela aplicação de etileno (Figura 16).

Figura 16. o etileno promove a formação de pêlos radiculares em plantas de alface. Plântulas de 2 dias foram tratadas com ar (esquerda) ou 10ppm de etileno(direita), com 24 horas, antes da foto ser obtida. Fonte: Taiz & Zeiger (2004). 8.4.3- RAÍZES ADVENTÍCIAS A formação de raízes adventícias em estacas tem sido relacionada tanto à presença de auxinas quanto de etileno. Nesse caso; acredita-se que o etileno desempenharia um papel específico, aumentando a sensibilidade dos tecidos à ação das auxinas, estas sim os agentes controladores do processo de formação de raízes adventícias. Um aumento no teor de etileno resulta num maior número de raízes adventícias formadas, porém estas apresentam comprimento reduzido, conforme observado, em estacas de Vigna radiata tratadas com ACC (Figura 17). Prof. Dr. Roberto Cezar Lobo da Costa

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Verificou-se, recentemente, que estacas caulinares de plantas mutantes do tomate never ripe,

deficientes para a síntese de etileno, apresentaram, em relação às plantas selvagens, uma

diminuição acentuada na capacidade de formação de raízes adventícias, mesmo quando estas eram tratadas com auxina (AIB). Todavia, contrariamente, quando as estacas eram tratadas com ACC, ocorria um estímulo na formação dessas raízes. Essa diminuição na capacidade de formação de raízes adventícias foi observada também em estacas de Petunia mutante para uma menor sensibilidade ao etileno.

nmol-ACC Figura 17. Efeitos da aplicação de ACC após 72 horas em estacas de Vigna radiata. O etileno promove a formação de um maior número de raízes adventícias (A), porém inibe o crescimento longitudinal destas (B). Fonte: Kerbauy (2004). A sobrevivência de várias espécies de mono e dicotiledôneas submetidas ao alagamento está em parte associada à capacidade delas de formar raízes adventícias, estas agora possuidoras de aerênquima, que substituem as raízes mortas ou prejudicadas pelos teores baixos de O2 no solo (acidose e acúmulo de etanol). A maior concentração de etileno verificada em plantas submetidas ao alagamento, aumentaria a sensibilidade dos tecidos à auxina disponível, promovendo o desenvolvimento das raízes adventícias. Portanto, o transporte basípeto da auxina atua como um pré-requisito para a formação de raízes, conforme observado em Rumex palustris. A formação desses órgãos pode ser mais intensa em plantas encontradas em solos úmidos do que em solos mais secos, como verificado em várias espécies de Rumex encontradas nas margens do rio Reno na Holanda (Figura 18). Prof. Dr. Roberto Cezar Lobo da Costa

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Figura 18. Massa seca (gramas) das raízes adventícias desenvolvidas em seis espécies de Rumex crescidas em um gradiente de ambiente secos e úmidos nas margens do rio Reno (Holanda). Fonte: Kerbauy (2004). 8.4.4- AERÊNQUIMA I A anatomia das raízes pode ser profundamente alterada em plantas submetidas ao alagamento; nesses casos, desenvolvem-se raízes aerenquimatosas, cuja principal função é facilitar a aeração (Figura 19). O aerênquima pode ser formado tanto pelo afastamento de células (aerênquima esquizógeno) quanto através da lise celular (aerênquima lisígeno). O aumento na circulação do ar promovido pelo aerênquima possibilita a síntese de ATP, mesmo quando raízes se encontram submersas em ambiente hipóxicos, como no caso de plantas de arroz, por exemplo. O aerênquima resulta de células corticais específicas localizadas entre a endoderme e a epiderme; são células programadas geneticamente para morrer (morte celular programada). O acúmulo de etileno desencadeia a morte dessas células, levando à formação de um aerênquima lisígeno, resultante de um aumento do conteúdo de enzimas, como a celulase e a endotransglicosilase do xiloglucan (XET), que digerem as paredes celulares. A celulase provoca a degradação das paredes celulares, a qual, juntamente com a desorientação dos microtúbulos, também induzida pelo etileno, resulta na morte das células do córtex das raízes, formando esse tipo de aerênquima (Figura 20). Um bom exemplo da importância do etileno na formação do aerênquima lisígeno foi observado em raízes de milho; nestas, enquanto inibidores da síntese ou da ação do etileno inibiam a formação do aerênquima em plantas sob condição de hipoxia, nas plantas correspondentes sob aerobiose tratamentos com etileno resultavam no desenvolvimento de aerênquima lisígeno. Prof. Dr. Roberto Cezar Lobo da Costa

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Figura 19. Câmaras aerenquimatosas ( c ) em cortes transversais de raízes secundárias de Spatodea campanulata. A) plantas em solo drenado. B) planta em solo alagado. Fonte: Kerbauy (2004).

CELULASE PLANTAS ALAGADAS

ETILENO XET

DEGRADAÇÃO DAS PAREDES CELULARES DO PARENQUIMA

AERENQUIMA LISÍGENO

Figura 20. Representação esquemática das etapas envolvidas na formação de aerênquima lisígeno

9- PRODUÇÃO DE ETILENO INDUZIDO POR ESTRESSE A síntese de etileno é elevada pelas condições de estresse, tais como seca, inundação, resfriamento, exposição ao ozônio ou ao ferimento mecânico. Em todos os casos, o etileno é produzido por uma via biossintética comum e o aumento na sua produção é o resultado, pelo menos em parte, de um aumento na transcrição do mRNA da ACC sintase. Esse “etileno de estresse” está envolvido no início da resposta ao estresse, como a abscisão foliar, senescência, regeneração de lesões e aumento na resistência a moléstias. Prof. Dr. Roberto Cezar Lobo da Costa

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10- INIBIDORES DA SÍNTESE DO ETILENO O aminoetoxi-vinil-glicina (AVG) e o ácido aminoxiacético (AOA) bloqueiam a conversão do S-adenosilmetionina (AdoMet) a ácido 1-aminociclopropano-1-carboxílico (ACC). O AVG e o AOA são conhecidos inibidores de enzimas que utilizam o cofator piridoxal fosfato. O íon cobalto (Co+2) é também um inibidor da rota de síntese do etileno, bloqueando a conversão do ACC em etileno realizada pela ACC oxidase, a última etapa na biossíntese do etileno.

11- INIBIDORES DA AÇÃO DO ETILENO A maioria dos efeitos do etileno pode ser antagonizada por inibidores específicos. Íons prata (Ag+) aplicados como nitrato (AgNO3) ou como tiossulfato de prata (Ag(S2O3)2-3 são potentes inibidores da ação do etileno. O dióxido de carbono (CO2) em altas concentrações (5-10%) também inibe muitos efeitos do etileno, como por exemplo, a indução do amadurecimento de frutos, embora o CO2 seja menos eficiente que o íon Ag+. Esse efeito do CO2 tem sido utilizado no armazenamento de frutos cujo amadurecimento é retardado sob condições elevadas de CO2. As altas concentrações de CO2 necessárias para a inibição tornam improvável a sua ação como antagonista do etileno sob condições naturais (concentração de CO2 da ordem de 0,03% ou 300 ppm). O composto volátil transciclooctano é um forte inibidor competitivo da ligação de etileno. Considera-se que o transciclooctano atue competindo com o etileno pela ligação ao receptor. Recentemente foi descoberto um novo inibidor, o 1-aminociclopropano (MCP) , que age ligando-se irreversivelmente ao receptor de etileno (Figura 4). O MCP representa um extraordinário potencial de uso comercial.

FIGURA 21. Inibidores que bloqueiam a ligação do etileno ao receptor. Apenas a forma trans do ciclopropano é ativa. Fonte: Taiz & Zeiger (2004).


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12- USO COMERCIAL Visto que o etileno regula tantos processos fisiológicos de desenvolvimento vegetal, ele é um dos hormônios mais utilizados na agricultura. As auxinas e o ACC podem desencadear a síntese natural de etileno, sendo em diversos casos usadas na prática da agricultura. Devido a sua alta taxa de difusão, é muito difícil aplicar o etileno no campo sob forma de gás, mas tal limitação pode ser superada se um composto que libere o etileno for usado. O composto mais amplamente utilizado é o etefon, ou ácido 2-cloroetilfosfônico, descoberto na década de 1960 e conhecido por vários nomes comerciais, como etrel, por exemplo. O etefon, aspergido em solução aquosa, é rapidamente absorvido e transportado no interior do vegetal. Ele libera lentamente o etileno por meio de uma reação química, permitindo que o hormônio exerça seus efeitos.

O etefon acelera o amadurecimento de frutos de macieira e de tomateiro e reduz a cor verde em Citrus, sincroniza a floração e o estabelecimento de frutos em plantas de abacaxi e acelera a abscisão de flores e frutos. Ele pode ser utilizado para induzir o raleio de frutos ou a queda de frutos no algodoeiro, na cerejeira e na nogueira. É utilizado para promover a ex-pressão do sexo feminino em pepino, impedindo a autopolinização e aumentando a produção. Também é utilizado na extração do látex da seringueira, pois esse hormônio aplicado no painel de sangria estabiliza o látex, permitindo o escorrimento do mesmo por um prolongado tempo, aumentando a produção de borracha. Câmaras de estocagem desenvolvidas para inibir a produção de etileno e promover a preservação de frutos possuem uma atmosfera controlada de baixa produção de O2 e baixa temperatura, que inibe a biossíntese do etileno. Uma concentração relativamente alta de CO2 (3 a 5%) impede a ação do etileno como promotor do amadurecimento. As baixas pressões (vácuo) são utilizadas para remover o etileno e o oxigênio das câmaras de estocagem, reduzindo a taxa de amadurecimento e evitando o amadurecimento excessivo. Os inibidores específicos da biossíntese e da ação do etileno também são úteis na preservação pós-colheita. A prata (Ag+) é utilizada extensivamente para aumentar a longevidade da várias flores de corte, como o cravo. O AVG é um potente inibidor que retarda o amadurecimento de frutos e a murcha de flores, mas seu uso comercial ainda não foi aprovado pelas agências Prof. Dr. Roberto Cezar Lobo da Costa

Homônios Veetais GAS ETILENO

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