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11-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006

Biodiversidade e Ambiente I

Capt V - Angiospérmicas: estrutura,diversidade funcional e morfológica

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Angiospérmicas: estrutura,diversidade funcional e morfológica

• A diversificação das angiospérmicas.• Diversidade de formas de folhas e de flores• Controlo genético da floração• O metabolismo secundário e as cores das flores. Os cromóforos das

flores• Tipos de polinização• A importância do odôr• Sindroma da polinização. Evolução de mutualismos.• Hibridação e mecanismos de autoincompatibilidade

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Tipo de formas de crescimento deangiospérmicas extantes

Árvores tropicais ? Arbustos xéricos ? Herbáceas ruderais ?

Recrutamento de sementesActividades fotossintéticasMorfologia das folhasFormas de crescimento

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Folhas das angiospérmicas

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Tipo de formas de crescimento deangiospérmicas extantes

Aquáticas ? Terrestres ?

Exploração de habitats aquáticosRegulação da fotossínteseRegulação do fitocromo Germinação em baixa intensidade luminosa

Aquáticas

Maior diversificação

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Factores de diversificação

AbióticosClima - Variações de CO2,temperaturaGeologia - movimentos continentes,orogenia

BióticosDinossaurosInsectos

Substâncias anti-herbivoriaPolinização

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Surridge C. Nature 432, 161 (11 November 2004)

1790, Die Metamorphose der Pflanzen(The Metamorphosis of Plants), thepoet and philosopher Johann Wolfgangvon Goethe

O que são Flores ?

Folhas modificadas !

Função: Protecção

AtracçãoCôr

Odor

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Controlo genético da floração

Meristem

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Complexes ofMADS-box proteinsare sufficient toconvert leaves intofloral organsHonma & Goto (2001).Nature 409: 525-529

Classe E:SEPPALATAgenes

Classe A, B, Ce E genes

ABC Model

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Base química da côr das flores

Flavonóides Carotenóides Clorofilas Quinonas Alcalóides

Ciânicas

Laranja /vermelho

Azul

Amarelo/branco Amarelo

Laranja /vermelho

Verde Amarelo

Vermelho

Amarelo

Vermelho+

Púrpura

Antocianinas Betaxantinas,Betacianinas

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Os cromóforos das angiospérmicas:as antocianinas

Côr básica

Factores de Estabilização

• Conccntração de pigmento • Presença de flavonas• Presença de metal quelante• Presença de um grupo aromático• Metilação • Presença de outro tipo de pigmentos

Vermelho alaranjado Magenta

Malva

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Tipos de polinização

• Anemófila• Hidrófila• Zoófila - entomófila

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Flores Magnoliaceae

Não há especialização paraexplorar polinizadores

Liriodendron tulipifera

Magnolia grandiflora

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Echium

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Polinização entomófila

Paulownia tomentosa

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Catalpa speciosa

Impatiens capensis

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Hydrangea arborescens

Cornus florida

Leucanthemum vulgareEchinaceae purpurea

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Erythrina crista-galli Monarda didyma

Polinização ornitófila

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Sterilitzia

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Tibouchina urvilliana

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Tropaelum majus

H

Apigeninidin

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A vantagem de crómoforos comomoléculas reactivas

Ipomopsis aggregataA cor vermelha mantem-se até início de Agosto e posteriormentepassa a branca mudando o tipo de polinizador, ou seja de ave paralepidóptero

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Escrofulariaceae

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Arisaema triphyllum

Odôr fecal

EspádiceEspata

Floresmasculinas

Floresfemininas

Secreção oleosaimpede a saída

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Amorphophallus titanum

A importância do odôr

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Os animais como agentes primáriosna evolução das flores

• Síndroma da polinização– Atractivos florais: côr, arranjo das pétalas– Produção de néctar: desenvolvimento de nectários extraflorais– Produção de odôr: atracção especializada e direccionada

• Síndroma da dispersão– Arranjo dos frutos– Modo de dispersão das sementes– Recompensa nas sementes - elaiosomas

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O síndroma planta-polinizador ea divergência genética

Mimulus lewisii

Mimulus cardinalisi

F1

F2

F2

F2

F2

F2

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A evolução dos Mutualismos• Benefícios—não podem ser obtidos na ausência do

parceiro: nutrientes, transporte, protecção• Custos—investimentos na atracção, substancias de

recompensa, energia e tempo para a obtenção darecompensa

• Tanto os custos como os benefícios afectam a reprodução ea sobrevivência

• Beneficios e custos tendem a ser dependentes da densidadepopulacional

• Feedback positivos entre mutualistas• Feedback negativos para assegurar a estabilidade

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Yucca filamentosa

Polinização por lepidópteros

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Simbiosemutualista

Ficus (Figueira)Blastophaga (vespídeo)

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Mecanismos deautoincompatibilidade

• Monoicia vs dioicia• Monoicia

– Separação de flores– Dicogamia

• Autoincompatibilidade genética– Gametofítica - Poaceae (determinado pelo seu próprio

genótipo haplóide)– Esporofítica - Brassicaceae (determinado pelo genótipo

da planta mãe)

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Figure 1 Model for SRK-mediated self-incompatibility in Brassica, stemming fromthe work of Takasaki et al.1. A pollen grainfrom a plant with S1S3 genotype carries twodifferent S haplotype determinants, SCR 1and SCR3, in the pollen coat. When thispollen grain makes contact with the stigmaof a plant with S1S 2 genotype, both pollendeterminants are released and taken into thewall of a papillar cell (the epidermal cell ofthe stigma). There, SCR 1 interacts with theextracellular domain of SRK1, setting off acascade of biochemical reactions (of whichphosphorylation of ARC1 is the only oneknown). The end result is inhibition ofpollen germination. Although SRK1 isshown as a dimer, this may not be its activeform. SCR1 is probably (but not certainly)the ligand of SRK 1. Possible interactionsbetween SRK and SLG, as proposed byTakasaki et al., are not shown.

TEH-HUI KAO1 AND ANDREW G. MCCUBBINNature 403, 840 - 841 (24 February 2000)

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Adaptação das plantas• Hibridação

– mecanismo evolutivo, diversificação– taxa mais resilientes– Dinâmica evolutiva e interacções interspecíficas

• Poliploidia– 40% dicot e 60% monocot– Dinâmica evolutiva sem barreira geográfica– Maior variabilidade genética

• Reprodução assexuada• Persistência dos propágulos

– Dormência, banco de sementes no solo

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Reprodução assexuada

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O Metabolismo Secundário

Via terpenóide

Via fenólica, via N

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Angiospérmicas e seus produtos

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Plantas usadas em medicina

Echinacea purpurea Hypericum perfuratumGinkgo biloba

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GIMNOSPÉRMICASE FETOS

LENHOSAS

HERBÁCEAS

Evolução dostóxicos nas

plantassuperiores

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Terpenos Fenóis

Flavonóides

Alcalóides

Isopreno

Limoneno

Borracha

Baunilha

Lenhina

CianidinaQuercitina

Teobromina Cafeina

Efedrina Nicotina

quininamorfina

codeinaHeroina

Cocaina

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As classes de flavonóides maisimportantes

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Produtos vegetais tóxicos e deanti-herbivoria

Grupos químicos Descrição Papel defensivo

Celulose hidrato de carbononecessita flora intestinal

para digestão

Hemicelulose hidrato de carbononecessita flora intestinal

para digestão

Lenhinas polímeros fenólicosliga-se a proteinas e

hidratos de carbono

Taninos polímeros fenólicos liga-se a proteinas

Sílica cristais inorgânicosindigesto

Alcalóides compostos azotadosalguns páram a produção

de DNA e RNA

Aminoácidos tóxicos análogos de aminoácidoscompetem com

aminoácidos e proteinas

Cianogénicos glicósidos que libertam HCNpáram a respiração

mitocondrial

Glucosinatos sais de N e K desordens endócrinas

Proteinases inibidoras proteinas ou péptidosligam-se a centros activos

de enzimas

Terpenóiodes polímeros alguns páram a respiração

Reduzem

quantitativamente a

digestibilidade

Toxinas qualitativas

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Produtos secundários

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Conceitos a reter• Qual é a base química da côr das flores• A variação de côr entre as antocianinas.• O papel da falta de estabilização da côr no sindroma da polinização• Os factores de estabilização da côr• A côr e os polinizadores. As recompensas das plantas na polinização.• Os mutualismos estritos. Feedbacks positivos e negativos. Causas e

consequências na estabilização das espécies• Os factores presentes nas angiospérmicas que mais permitiram a sua

adaptação a novas condições ambientais, pouca extinção e grandediversificação

• A adaptação das plantas e sua diversificação em termos de hibridação,desenvolvimento de produtos secundários

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Referências

• Raven, Biology of Plants - Introduction andEvolution of Angiosperms. Capt. 19, Cap.20.

• Graham - Capt 21