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Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento de Plantas

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Academic year: 2021

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LGN 5799 - SEMINÁRIOS EM

GENÉTICA E MELHORAMENTO DE PLANTAS

Programa de Pós-Graduação em

Genética e Melhoramento de Plantas

Departamento de Genética

Avenida Pádua Dias, 11 - Caixa Postal 83, CEP: 13400-970 - Piracicaba - São Paulo - Brasil

Telefone: (0xx19) 3429-4250 / 4125 / 4126 - Fax: (0xx19) 3433-6706 - http://www.genetica.esalq.usp.br/semina.php

COMPOSTOS ORGÂNICOS VOLÁTEIS (VOCs) DE PLANTAS NAS INTERAÇÕES INSETO-PLANTA.

Aluna: Ligia Hansen Arruda

(2)

INTERAÇÃO PLANTA-INSETO

Sistema dinâmico

As plantas são o maior grupo em volume do planeta e os insetos o maior grupo em diversidade de espécies.

(3)
(4)

Interações

coevolutivas entre

insetos e plantas

Interações recíprocas

co-evolução

(Raven 1964)

Co-evolução é a interação entre

duas ou mais espécies, com a

alteração genética de uma

afetando a das demais e vice-versa

(Janzen 1980).

(5)

insetos polinizadores e as plantas por eles polinizadas

INTERAÇÕES e VOCs

insetos fitófagos e suas respectivas fontes de alimentação vegetal

(6)

VOCs

Compostos químicos responsáveis pelo odor

característico da planta

Atração de polinizadores, auxiliando na dispersão de

sementes

Resistência ao ataque de herbívoros através da atração

de parasitóides e predadores.

Os voláteis podem também tornar alerta o sistema de

defesa das plantas vizinhas. (“Talking trees” – interação planta-planta)

(7)

Interação planta-planta

Interação planta-patógeno

Informação sobre valor nutritivo

(8)

Benefícios para humanos

Nutrientes essenciais atividade antimicrobiana, atividade antioxidante, atividade anticarcinogênica

Benefícios para a planta

Distribuição de sementes maturidade

Voláties

reconhecidos Muitos outros voláteis

Science 2006: Vol. 311. pp. 815 - 819

(9)
(10)
(11)
(12)

Voláteis atrativos (alcenos) Voláteis atrativos (alcenos) Voláteis repelentes (Farnesil hexanoato)

(13)

Evolution, 59(7), 2005, pp. 1449-1463

Orquídeas do gênero Ophrys:

O. sphegodes O. exaltata O. garganica O. ‘monte-gargano’ Polinizador: Colletes cunicularius

(14)

Orquídea:

Chilogottis trapeziformis

Polinizador:

(15)

Mecanismos moleculares dos VOCs

Organismos modelos:

(16)

Gênero com 44 espécies – sem odor e polinizadas por abelhas.

Clarkia breweri é exceção – odor forte e doce polinizada por mariposas

S-linalool

LIS

(S-linalool sintase)

(17)

Pétalas Pistilo

Pico de atividade de LIS correspondente ao pico de

emissão de S-linalool Dois primeiros dias

após a abertura da flor.

Há indícios de que a emissão de voláteis é uma

característica recente em

Clarkia breweri.

(18)

Expressão do gene LIS em diferentes tecidos

florais.

(19)

50% de S-linalool 40% de benzil-acetato 5% de metil-salicilato 5% de benzil-benzoato LIS BEAT SAMT

(20)

Compostos de 5 carbonos

IPP (ou IDP)

DMAPP (ou DMADP)

Vias isoprenóides:

Via do mevalonato (citosol) (MVA)

Via do metileritritol fosfato (plastídio) (MEP)

Hidrocarbonetos:

Alcanos, Alcenos, Benzenóides e

Terpenos (monoterpenos, sesquiterpenos)

(21)

Terpenos sintases (TPSs)

(22)

Fragrant Cloud- alcoóis , monoterpenos, sesquiterpenos e vários ésteres

(compostos conhecidos em rosas)

Golden Gate – 99% fenóis metoxilados (dificilmente detectados pelo olfato humano)

(23)

74% do total de clones analisados eram únicos (singletons):

1288 FC 746 GG

(24)

Classificação funcional das sequências únicas

5% metabolismo secundário

(25)

RNA de pétalas de flores de FC e GG foram usados como sondas

77 genes (22%)apresentaram maior expressão nas pétalas de FC do em GG

270 genes (~77%) apresentaram expressão similar nas duas variedades

3 genes (1%)apresentaram maior expressão em pétalas de GG

(26)

40 genes foram mais expressos em FC

Estágio 1 FC x Estágio 4 FC

Estágio 4 FC x Estágio 4 GG

O clone FC0592 teve forte expressão

similaridade de 53% com uma sesquiterpeno sintase

Só expressa nos estágio 4 a 6

Ausente em GG

(27)

•Compostos voláteis estão envolvidos na interação entre

plantas e seus polinizadores

•Voláteis florais podem ser mímicos de feromônios para facilitar a polinização

•Terpenos e outros hidrocarbonetos são importantes compostos envolvidos na atração de polinizadores

(28)

VOCs florais

•As duas vias dos isoprenóides se comunicam (via MVA e via MEP)

•Diversos modelos de plantas são usados para tentar elucidar os mecanismos moleculares envolvidos na produção de

fragrâncias florais

•Os genes que codificam terpenos sintases são importantes alvos nos estudos de expressão gênica e produção de

(29)
(30)

Mecanismos de defesa das plantas

Alteração de características físicas e químicas

•Compostos protéicos de defesa (IPs) •Compostos tóxicos (nicotina)

•Compostos voláteis Defesas diretas Defesa indireta

Ácido Jasmônico

(31)

Voláteis de folha verde

Hexanal

Hexanil acetato Hexanol

(32)

VOCs na defesa das plantas

Planta Herbívoro Carnívoro

Primeiro nível trófico: Fotossintetizantes Segundo nível trófico: Decompositores, Herbívoros Terceiro nível trófico: Predadores, Parasitóides

(33)

herbívoro planta atacada emissão de voláteis difusão no ambiente percepção pelo inimigo natural PREDAÇÃO / PARASITISMO

(34)

ferimento+elicitor complexo sinalizador octadecanóide/jasmonato expressão de genes de defesa

induzida por herbivoria recrutamento de vespas liberação de

(35)

Arabidopsis 150 genes

Resposta da planta à herbivoria

Sorgo

(36)

Complexidade da resposta: Mudança na expressão gênica

Produtos diretamente envolvidos na resitência

Suprimindo de funções menos importantes

Sintetizando moléculas necessárias para a defesa

Resposta da planta à herbivoria

(37)

Defesa indireta das plantas

Monoterpenos (C10) Sesquiterpenos (C15)

Maioria dos compostos nas misturas voláteis de defesa

óleos

resinas frutos

(38)

Compostos derivados do inseto

Produtos da reação de elicitores no local da injúria (volicitina, β-glucosidase)

Compostos sinalizadores

Sistemina, etileno, jasmonatos

Voláteis de folha verde Hexenol, Hexanal

Voláteis terpenóides

Linalool, Homoterpenos, SesquiterpenosVia do ácido shiquímico

Metilsalicilato, Indol

(39)

Identificar genes responsáveis pela formação dos

sesquiterpenos de milho.

Milho: 60 sesquiterpenos,

Emitidos após herbivoria:

(E)-β-farneseno

(E)-α-bergamoteno + 7 sesquiterpenos

(40)

•Busca por terpenos sintases nos bancos de EST •Diversas sequências completas de cDNA forma

clonadas e superexpressas em bactérias

•Caracterização da atividade enzimática

Um clone encontrado convertia FDP em

sesquiterpenos característicos do milho atacado por herbívoros mantendo as mesmas

proporções.

(41)

Compostos: 3 – (E)-α-bergamoteno 5 – (E)- β-farneseno Arabidopsis thaliana+tps10 Milho danificado por herbivoria E. coli + tps10

(42)

Cotesia marginiventris

Arabidopsis thaliana

(43)

(a) Atração de predadores e parasitóides (b) Atração de herbívoros (c) Repulsão de herbívoros (d) Redução de predação ou do sucesso do parasitóide Terpenos Defesas diretas

(44)

1. Atrair o inimigo certo

2. Utilizar o composto volátil certo

3. Ajustar o tempo certo da liberação do volátil 4. Evitar hóspedes não convidados

5. Separar desfesas direta e indireta

6. Manipulação da biossíntese de voláteis terpenos. 1. Aumentar a produção e liberação de terpenos 2. Modificar a composição dos voláteis

(45)

Efeitos da modificação genética na produção de compostos voláteis e seu potencial impacto na

dinâmica das populações de artrópodes.

(46)
(47)
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(49)

•Milho Bt e não Bt tem mesmo padrão de voláteis induzidos por herbivoria sendo igualmente atrativos para o terceiro nível trófico.

•As diferenças no perfil de voláteis induzidos por herbivoria de milho Bt e não BT em campo ocorre devido a quantidade de

danos sofridos e aos diferentes padrões de comportamento durante a alimentação dos herbívoros.

•No campo, plantas Bts são menos danificadas por herbivoria,

diminuindo a vista do terceiro nível trófico.

•A baixa emissão de voláteis de defesa pelas plantas Bt

resulta numa maior visita de herbívoros para ovoposição.

(50)

Polinizadores Parasita/predador Herbívoro Parasita/predador Patógeno Herbívoro Alelopatia Antifúngico/ antimicrobiano Elicitação/ alerta antifúngico/ antimicrobiano Dispersores de sementes Sinal Atração /repelência se alimenta de Resposta de defesa induzida por voláteis

Defesa contra patógenos

Dudareva et al. 2006

(51)

VOCs na defesa indireta

•Podem ser armazenados (voláteis de folhas verdes) ou sintetizados de novo.

Terpenos (monoterpenos e sesquiterpenos) são bem

caracterizados devido a sua grande importância na atração de inimigos naturais.

•São espécie-específico variando com a espécie de planta, a espécie de herbívoro e até mesmo

diferenciando os estágios de desenvolvimento da espécie.

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VOCs na defesa indireta

•Sinalização para os inimigos naturais dos herbívoros informando sobre onde encontrar seu hospedeiro/presa •Sinalização para os herbívoros informando sobre:

•a presença de competidores ou inimigos naturais

•a redução da qualidade do alimento devido a indução de defesas diretas das plantas atacadas

•Sinalização para as plantas vizinhas informando sobre a presença de herbívores e possível ataque.

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Referências

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