Ácido abscísico

Um sinal para a maturação de sementes e anti-estresse

Introdução Na década de 60, nos EUA, Addicott et al. cristalizaram uma substância

que causava abscisão de frutos de algodão.

Foi chamada de abscisina II.

Na década de 60, na Inglaterra , Wareing et al. extraíram substância que

chamaram de dormina, de gemas de bordo (Acer pseudoplatanus) mantidas

em dias curtos.

Apresentavam dormência em resposta à sazonalidade.

Acer pseudoplatanus L. Família: Sapindaceae

Dormina e abscisina II são nomes anteriores do ácido

abscísico - ABA.

A indução de abscisão de frutos por ABA age ativando a

síntese de etileno.

ABA é um sesquiterpenóide de 15 carbonos formado por 3

unidades de isopreno.

ISOPRENO

Locais de síntese

Todas as células vivas, desde ápice caulinar ao ápice radicular.

Presente nas seivas de xilema, floema e em nectários.

Em condições normais há poucos ng.g MF-1.

Tecidos submetidos ao estresse hídrico ambiental e sementes em

desenvolvimento apresentam g. g MF-1.

ABA é a única forma natural e ativa.

BIOSSÍNTESE A partir de carotenóides.

Precursor isopentenil-difosfato (ou pirofosfato) - IPP (gerado a partir

de piruvato e 3-PGA) nos plastídios e cloroplastos.

Ácido mevalônico é precursor de IPP no citosol.

IPP também é precursor de giberelinas.

Conversão de xantoxina ou de zeaxantina em ABA no citosol.

Biossíntese de -caroteno

São precursores de -caroteno, o 3-PGA e o piruvato, originados nos cloroplastos.

O -caroteno é precuror de zeaxantina, que por sua vez é precursora de ABA.

Zeaxantina pode também ser produzida a partir de isopentenilpirofosfato (IPP).

Transporte e mecanismo de ação Transportado das folhas para raízes via floema.

De raízes à parte aérea via xilema.

Também através de células parenquimáticas.

Dois tipos de respostas: Rápidas – alterações de fluxo de íons e de balanço hídrico. Ocorrem poucos minutos após aumento de ABA endógeno.

Exemplo de resposta rápida: fechamento estomático devido ao estresse hídrico.

Lentas - alterações na expressão gênica- demoram algumas horas para ocorrer.

Exemplo: tolerância à dessecação em sementes em formação.

Efetores ( E2) : PLD= fosfolipase D; canais de K+, canais de CA 2+, outros.

Modelo esquemático de sinalização de ABA mediada por GCR.

GCR2

Proteína G

Modelo de ação e receptores Proteína receptora (GCR) ligada à proteína G na membrana plasmática

e ao ABA em Arabidopsis.

Ligação de ABA ao receptor substitui GDP por GTP na sub-unidade α da

proteína G.

A seguir, GCR se separa de G.

A sub-unidade α da proteína G se separa e liga-se a uma molécula

efetora para induzir as respostas.

As evidências atuais sugerem uma multiplicidade de receptores para ABA.

Modelo simplificado para síntese, transporte e percepção de ABA em arroz sob estresse hídrico

Modelo estudado em estresse hídrico em arroz. Biossíntese de ABA induzida por estímulos ambientes nos tecidos vasculares. ABA pode ser liberado do RE por ABA-GE que o armazena no vacúolo e transporta para

sistema vascular por um transportador ABA-GE ABA é transportado para os espaços intercelulares pelos transportadores AtABCG25

localizados principalmente no tecido vascular ABA é exportado para fora da célula. Deve ser conduzido até as células guardas. ABA recém sintetizado é transportado na célula para sítios de resposta, via transporte

ativo ou passivo.

Modelo de ação e receptores

Receptores PYR/PYL/RCAR percebem o sinal de ABA intracelular Combinam-se com reguladores negativos PP2Cs/ABI1,formando

um complexo ternário. Os reguladores negativos são desativados enquanto que PP2Cs,

SnRK2s, são ativados pela fosforilação. A ativação de SnRK2s inicia a resposta de ABA Em células sem ABA, SnRK2s é desativada por PP2Cs.

Principais efeitos fisiológicos Fechamento de estômatos induzido por estresse hídrico.

Desenvolvimento de sementes.

Dormência de sementes.

Inibição de viviparidade.

Promoção de senescência foliar.

Retardamento de floração.

Promoção de crescimento de raízes em baixo potencial hídrico.

Abertura estomática Luz azul ativa as H+ATPases das membranas celulares de

células guardas. Ocorre o bombeamento de íons K+ e CL- nas primeiras horas da

manhã para dentro das células guardas. Isto causa redução de os das células guardas (fica mais

negativo) e entrada de água, induzindo abertura do poro estomático.

No início do dia, acúmulo de K+ induz abertura estomática. Ao longo do dia, luz vermelha induz fotossíntese. A síntese de sacarose nas células guardas contribui para a

redução de os. Sacarose aumenta lentamente pela manhã e torna-se

dominante em relação ao K+ ao longo do dia.

Modelo dos balões para explicar o papel das paredes celulares das células guardas na sua abertura.

Os polissacarídeos formam espessamentos radiais.

Quando as células guardas ficam túrgidas, esses espessamentos puxam para dentro o poro estomático e o estômato abre.

Cucumis anguria Apium petroselinum (salsa)

Modelo de ação da luz azul na abertura estomática

CRY

Criptocromos efototropinas

Zeaxantina, criptocromos e fototropinas absorvem luz azul.

Fosforilam uma proteína 14-3-3 que se liga à ATPase de célula guarda.

ATPase bombeia H+ para as paredes das células guardas.

Gera gradiente eletroquímico.

Este permite o funcionamento dos canais de K+ e de CL-.

Esses íons entram na célula guarda.

E reduzem seu potencial osmótico ( torna-se mais negativo)

A água entra nas células guardas.

O estômato se abre.

ABA e fechamento estomático durante estresse hídrico

Fechamento de estômatos durante estresse hídrico

Raízes de plantas sob estresse hídrico sintetizam altos níveis de ABA (pode aumentar 40 X).

Durante estresse hídrico, seiva do xilema foliar fica levemente alcalina. Isso favorece a dissociação de ABAH ao ABA–. ABA– é enviado às células guardas dos estômatos. Células guardas têm receptor de ABA na superfície externa da

membrana plasmática. Ocorre perda de íons K+, Cl- e malato- pelas células guardas em

resposta ao aumento de ABA. Ocorre então redução da água das células guardas. Ocorre também redução de potencial de pressão ( p) ou pressão de

turgescência. O estômato se fecha.

Efeito do ABA no fechamento estomático

Perdas de K+, malato- e Cl- pelas células guarda causam:

liberação de água pelas células guardas,

redução de potencial de pressão ou pressão de turgescência

e fechamento estomático.

Estresse hídrico em milho

Estresse hídrico em milho

O potencial hídrico foliar diminui (fica mais negativo) com a perda de água no

solo.

Isso induz a síntese de ABA.

O conteúdo de ABA foliar aumenta.

A resistência estomática aumenta.

Os estômatos fecham como consequencia do stress hídrico.

Com o fornecimento de água, o inverso é observado.

Aumento de concentrações de Ca+2 e diminuição de poro estomático induzidos por

ABA. ABA aumenta Ca+2 citosólico (Linha vermelha) nas células guardas.

Aumentos de ABA reduzem tamanho do poro estomático.

Inibição de bombas de prótons de células guardas pelo ABA

Protoplastos de células guardas foram mantidos em meio de cultura e mantidos sob luz vermelha.

O pH inicial foi o mesmo em todos os casos. Receberam a seguir pulsos de luz azul.

Desenvolvimento de sementes

Picos de ABA são verificados no final de embriogênese e início da

maturação das sementes.

ABA induz transporte de assimilados (ou fotossintetatos) para sementes

em desenvolvimento e embriões em crescimento.

Síntese de proteínas de armazenagem em sementes.

Expressão de genes lea - proteínas LEA – (late embryogenesis abundant).

Proteínas de proteção contra desidratação: RAB (que respondem ao ABA)

e DHN (deidrinas) em Arabidopsis thaliana.

Embriogênese de Arabidopsis thaliana

Controle da germinação precoce e dormência.

ABA evita viviparidade, ou seja germinação precoce do embrião

ainda nos frutos.

Mutantes deficientes ou insensíveis ao ABA mostram viviparidade.

Exemplos: milho, tomate, ervilha, batata, cevada, Arabidopsis,

Nicotiana.

Mutantes de milho mostram bloqueio na síntese de carotenóides e

níveis muito reduzidos de ABA causando viviparidade.

Em cereais o ABA inibe a síntese de - amilase dependente

de GA pela inibição de transcrição de mRNA de MYB.

Elementos de DNA envolvidos na repressão da transcrição por

ABA são os GARES, reprimidos por ABA na síntese de - amilase

dependente de GA.

Em sementes dormentes, saída da dormência associada à

redução da taxa ABA/GA.

Giberelinas ativam enzimas hidrolíticas necessárias para a germinação

ABA inibe enzimas hidrolíticas - inibidor de germinação

Espigas de milho contendo mutantes vivíparos, insensíveis ou deficientes em ABA

À esquerda, mutantes deficientes em ABA.

À direita, mutantes insensíveis ao ABA.

As cariopses pretas possuem antocianinas, cuja síntese é induzida pelo ABA e as amarelas não contém antocianinas.

•Germinação de Arabidopsis foi determinada após 3 dias de

crescimento em meio 1/2 Murashige e Skoog (MS) com adição de

0.3 µM de ABA•Sementes frescas recém coletadas, germinaram em papel de filtro

umedecido por 7 dias.

•Sementes de mutantes gcr2 (sem receptor GCR2) perdem a dormência

observada nas selvagens (WT).

•Sementes gcr2 são menos sensíveis à inibição de germinação causada

pelo ABA.

Sementes mutantes de Arabidopsis

• Mutantes gcr2 são menos sensíveis ao ABA.

•Sementes germinaram em 1/2 MS com (direita) ou sem (esquerda) 0.3 µM

de ABA por 10 dias.

•GCR2OE, GCR2 super-expressam o receptor e crescem menos que as

selvagens pois são mais sensíveis ao ABA exógeno que as selvagens.

Retardamento de Floração

•ABA liga-se a um receptor nuclear FCA.

•Enquanto acorrer essa ligação, FCA não

se liga a FY.

•FLC (Flowering locus C) é um fator de

transcrição que inibe a floração.

•A interação FCA – FY reprime FLC e a

floração é promovida.

•ABA retarda o tempo de florescimento.

Promoção de senescência foliar ABA promove a senescência foliar independentemente do

etileno. Acelera senescência foliar de folhas intactas e segmentos. Em mutantes de Arabidopsis insensíveis ao etileno, o ABA

estimulou o amarelecimento, ou clorose em ambos, o selvagem e o mutante.

Há interação com vários outros grupos de hormônios. Altos níveis de AIA foliar retardam senescência. Altos níveis de citocininas retardam. Etileno, ABA e JA (jasmonatos) aceleram.

Senescence in Arabidopsis

Os níveis de ABA aumentam em folhas senescentes. Aplicações exógenas de ABA induzem expressão de

vários genes SAGs (73) envolvidos com senescência. Genes de enzimas chaves da síntese de ABA: 9-cis-

epoxycarotenoid dioxygenase (NECD), e 2 genes de oxidase de aldeído, AAO1 e AAO3 aumentam sua expressão durante senescência.

O gene induzido pelo ABA ,do receptor de ABA, tipo quinase, RPK1, é altamento induzido durante senescência.

Modelo de regulagem de senescência foliar.

A senescência é um processo complexo.

Os efeitos de fatores endógenos e exógenos estão integrados à

fase de desenvolvimento dependente da idade.

Inúmeras vias metabólicas que respondem aos vários fatores estão

interligadas e formam uma rede de regulagem

Essa rede ativa vários genes associados à senescência.

Esses são responsáveis pelos processos degenerativos que levam

à morte celular.

Referências

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REVIEW Open Access ABA signal in rice under stress conditions Nenghui Ye, Liguo Jia and Jianhua Zhang