Biodiversidade e Ambiente I

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Biodiversidade 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 de

angiospérmicas extantes

Árvores tropicais ?

_{Arbustos xéricos ?}

_{Herbáceas ruderais ?}

Recrutamento de sementes

Actividades fotossintéticas

Morfologia das folhas

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Tipo de formas de crescimento de

angiospérmicas extantes

Aquáticas ?

Terrestres ?

Exploração de habitats aquáticos

Regulação da fotossíntese

Regulação do fitocromo

Germinação em baixa intensidade luminosa

Aquáticas

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Factores de diversificação

Abióticos

Clima - Variações de CO

₂

,

temperatura

Geologia - movimentos continentes,

orogenia

Bióticos

Dinossauros

_Insectos

Substâncias anti-herbivoria

Polinização

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

1790, Die Metamorphose der Pflanzen

(The Metamorphosis of Plants), the

poet and philosopher Johann Wolfgang

von Goethe

O que são Flores ?

Folhas modificadas !

Função:

Protecção

Atracção

Côr

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Controlo genético da floração

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Complexes of

MADS-box proteins

are sufficient to

convert leaves into

floral organs

Honma & Goto (2001).

Nature 409: 525-529

Classe E:

SEPPALATA

genes

Classe A, B, C

e 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

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Tipos de polinização

• Anemófila

• Hidrófila

• Zoófila - entomófila

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Flores Magnoliaceae

Não há especialização para

explorar polinizadores

Liriodendron tulipifera

Magnolia grandiflora

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Polinização entomófila

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Catalpa speciosa

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Hydrangea arborescens

Cornus florida

Leucanthemum vulgare

Echinaceae purpurea

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Erythrina crista-galli

Monarda didyma

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Tropaelum majus

H

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A vantagem de crómoforos como

moléculas reactivas

Ipomopsis aggregata

A cor vermelha mantem-se até início de Agosto e posteriormente

passa a branca mudando o tipo de polinizador, ou seja de ave para

lepidóptero

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Arisaema triphyllum

Odôr fecal

Espádice

Espata

Flores

masculinas

Flores

femininas

Secreção oleosa

impede a saída

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Amorphophallus titanum

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Os animais como agentes primários

na 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

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O síndroma planta-polinizador e

a divergência genética

Mimulus lewisii

Mimulus cardinalisi

F1

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 da

recompensa

• Tanto os custos como os benefícios afectam a reprodução e

a sobrevivência

• Beneficios e custos tendem a ser dependentes da densidade

populacional

• Feedback positivos entre mutualistas

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Yucca filamentosa

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Simbiose

mutualista

Ficus (Figueira)

Blastophaga (vespídeo)

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Mecanismos de

autoincompatibilidade

• 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 from

the work of Takasaki et al.

1 . A pollen grain

from a plant with S

1 S

3 genotype carries two

different S haplotype determinants, SCR

1 and SCR

3 , in the pollen coat. When this

pollen grain makes contact with the stigma

of a plant with S

1 S

2 genotype, both pollen

determinants are released and taken into the

wall of a papillar cell (the epidermal cell of

the stigma). There, SCR

1 interacts with the

extracellular domain of SRK

1 , setting off a

cascade of biochemical reactions (of which

phosphorylation of ARC1 is the only one

known). The end result is inhibition of

pollen germination. Although SRK

1 is

shown as a dimer, this may not be its active

form. SCR

1 is probably (but not certainly)

the ligand of SRK

1 . Possible interactions

between SRK and SLG, as proposed by

Takasaki et al., are not shown.

TEH-HUI KAO

1

AND ANDREW G. MCCUBBIN

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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

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O Metabolismo Secundário

Via terpenóide

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Plantas usadas em medicina

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GIMNOSPÉRMICAS

E FETOS

LENHOSAS

HERBÁCEAS

Evolução dos

tóxicos nas

plantas

superiores

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Terpenos

Fenóis

Flavonóides

Alcalóides

Isopreno

Limoneno

Borracha

Baunilha

Lenhina

Cianidina

Quercitina

Teobromina

Cafeina

Efedrina

_Nicotina

quinina

morfina

codeina

Heroina

Cocaina

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As classes de flavonóides mais

importantes

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Produtos vegetais tóxicos e de

anti-herbivoria

Grupos químicos

Descrição

Papel defensivo

Celulose hidrato de carbono necessita flora intestinal _{para digestão}

Hemicelulose hidrato de carbono necessita flora intestinal _{para digestão}

Lenhinas polímeros fenólicos liga-se a proteinas e

hidratos de carbono

Taninos polímeros fenólicos _{liga-se a proteinas}

Sílica cristais inorgânicos

indigesto

Alcalóides compostos azotados alguns páram a produção

de DNA e RNA

Aminoácidos tóxicos análogos de aminoácidos competem com

aminoácidos e proteinas

Cianogénicos glicósidos que libertam HCN páram a respiração

mitocondrial

Glucosinatos sais de N e K desordens endócrinas

Proteinases inibidoras proteinas ou péptidos ligam-se a centros activos

de enzimas

Terpenóiodes polímeros alguns páram a respiração

Reduzem quantitativamente a

digestibilidade

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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 grande

diversificação

• 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 and

Evolution of Angiosperms. Capt. 19, Cap.

20.