Sistemas de Defesa em Plantas

Adaptações Morfológicas, Metabolismo Secundário e

Interações do Tipo Fenótipo Expandido

Plantas possuem um sistema imunológico?

Principais patógenos, parasitas e predadores de vegetais

• Bactérias• Fungos• Nematóides• Ácaros• Vírus • Viróides• Prions (?)• Insetos• Herbívoros

Adaptações Morfológicas

Cutina, Ceras e Suberina

• Materiais de origem lipídica encontrados nas partes das plantas expostas ao ambiente externo.

• Têm por função reduzir a perda de água e auxiliar no impedimento da entrada de fungos e bactérias patogênicos nos tecidos vegetais.

• A cutina é encontrada predominantemente nas porções aéreas das plantas.

• A suberina está presente nas partes subterrâneas, nos caules lenhosos e nos ferimentos cicatrizados.

• As ceras estão associadas à cutina e à suberina.

• Acúleos • Espinhos• Redução da área foliar• Tricomas• Cristais de quartzo (opalas

biogênicas)

Adaptações Morfológicas

Transformações de células e tecidos

Metabolismo do Ácido Silícico e formação de opalas biogênicas

Compostos fenólicos exudados

pelas raízes das plantas solubilizam

quartzo

Ocorre a formação de ácido silícico:

[SiOx(OH)4-2x]n

O ácido silício é absorvido pelas

raízes e conduzido para o

resto do corpo da planta

No interior de tecidos vegetais,

desempenha funções de suporte

e sustentação - principalmente no interior das células

Com a morte da célula, o ácido

silícico precipita-se na forma de opala biogênica (vidro), desprendendo-se do corpo da planta

pela epiderme

Piperno (1998)

O que fazem as opalas biogênicas?

• Inibição da digestibilidade • Danificação do aparelho bucal de invertebrados herbívoros• Desgaste dos dentes de vertebrados herbívoros• Resistência dos tecidos contra a atividade de Dípteros e

Himenópteros galhadores - dificulta a penetração de ovipositores. • Aumento da resistência dos tecidos da planta à abertura de dutos

por larvas de insetos

Kitagima, 2002

Metabólitos Secundários em Plantas

• Defesa contra injúrias provocadas pelo ambiente - frio ou calor excessivos

• Proteção contra herbivoria e contra microorganismos patogênicos

• Atividade atrativa sobre polinizadores e dispersores de sementes

• Agente de competição inter e intra-especifica - alelopatias

• Ação do tipo sinal molecular no processo de desenvolvimento dos tecidos vegetais

• Todos os mecanismos de defasa química apresentados por sistemas biológicos vegetais são derivados do metabolismo secundário.

• Embora a diversidade de metabólitos secundários seja muito grande, são poucas as rotas metabólicas que as produzem.

• Nas antófitas, mais de 70 genes são reconhecidos como responsáveis pela expressão de proteínas que conferem defesa contra patógenos e predadores.

• É comum haver numa espécie vegetal mais de um caráter molecular ou morfológico que confira defesa.

• Os mecanismos de defesa química são considerados os mais eficientes que os morfológicos, porém não há uma relação filogenética clara entre o surgimento de caracteres de defesa química ou morfológica com a evolução das plantas.

Genes responsáveis pela síntese de metabólitos secundários

Presença e localização de genes responsáveis por defesa em plantas de trigo

• Resinas e látex• β - lectinas • Alcalóides • Compostos cianogênicos • Terpenos • Taninos • Sideróforos• Inibidores da divisão celular

O arsenal químico vegetal

Produção de Exudados do tipo resina ou látex

Defesa de plantas amazônicas a besouros comedores de madeira.

Amazônia - Centro de diversidade de Cerambycidae.

Grande número de espécies arbóreas produtoras de látex.

• Exudados do tipo látex imobilizam o aparelho bucal de pequenos herbívoros ( efeito de adesão das partes).

• Resinas inibem / reprimem o metabolismo microbiano no interior do estômago químico de ruminantes

• Tanto resinas quanto látex podem apresentar características antibióticas.

β - lectinas

• Subfamília de proteínas altamente tóxicas que se ligam a carboidratos, precipitando-os

• Provocam a

aglutinação de eritrócito e hemócitos, bloqueando a oxigenação dos tecidos de herbívoros

Abrus precatorius - a maior concentração de lectinas encontrada na natureza.(RBG toxicology databas, 2007)

Alcalóides

Ephedra - fonte de efedrina - um alcalóide que acelera o metabolismo de animais, provocando redução das reservas de lipídeos.

(RBG toxicology databas, 2007)

Compostos cianogênicos

• Os compostos que contém cianeto são tóxicos somente se liberarem HCN numa reação:

-CN(s) + HCl(aq) HCN(g) + -Cl(aq)

• O ácido cianídrico é o veneno de ação mais rápida que e conhece até o momento RBG (Toxicology database, 2007)

(RBG toxicology databas, 2007)

Sideróforos

• São peptídeos não ribossômicos geralmente encontrados em microorganismos e plantas que quelam metais, principalmente Ferro, tornando-o indisponível a outros organismos. O complexo [sideróforo - metal] geralmente é absorvido por transporte ativo por seu organismo gerador.

www.kegg.org

Terpenos

• Principal componente de óleos aromáticos vegetais

• Ação irritante sobre os epitélios das traqueídes de Dipteros

• Ação bacteriostática• Ação fungistática• Sua ação sobre vírus é controversa

(RBG toxicology databas, 2007)

Taninos

Taninos são polifenóis de sabor adistringente que ligam-se a proteínas precipitando-as. Quando em altas concentrações elevam o pH dos tecidos vegetais, controlando a herbivoria, o parasitismo e a instalação de patógenos nos tecidos das plantas

Inibidores da divisão celular

• Vincristina • Vimblastina • Colchicina• Taxol

(RBG toxicology databas, 2007)

Interações do tipo Fenótipo Expandido

A presença do fungo endofítico faz com que a planta mantenha rotas metabólicas de defesa sejam mantidas constantemente ativas. O que confere maior resistência a infestações e a herbivoria.

Fungos Endofíticos / Entomopatogênicos / Micotóxicos

Fonte: Wellington L. Araújo (2007)

Bacillus subtilis - endofítico produtor de antibiótico com ação contra o fungo fitopatogênico Rhizoctonia solani.

Actinomiceto crescendo a partir de ramos de citros desinfetados superficialmente.

Levedura endofítica - Cryptococcus lamentii - em estômato de citros