Cap_10_Fisiologia e BioquÃ-mica Do Estresse

8/12/2019 Cap_10_Fisiologia e Bioqu-mica Do Estresse

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Fisiologia e bioqumica do estressesalino em plantas

Jos T. Prisco1 &Enas Gomes Filho1

1Universidade Federal do Cear

Manejo da salinidade na agricultura: Estudos bsicos e aplicados

ISBN 978-85-7563-489-9

Fortaleza - CE2010

IntroduoRetrospectiva histrica da fisiologia e bioqumica do estresse salino

Seca fisiolgica e ajustamento osmticoEstresse hdrico em plantas osmoticamente ajustadas

Solutos responsveis pelo ajustamento osmticoHormnios e o estresse salinoCa2+ como meio para minorar os efeitos da salinidade (NaCl)Uso de culturas in vitro de clulas e tecidosEstresse oxidativo decorrente do estresse salinoEstresse salino e a biologia molecular

Efeitos da salinidade no crescimento e desenvolvimentoRespostas fisiolgicas e bioqumicas ao estresse salino

Percepo e transduo do sinal do estresse salinoTransduo do sinal do estresse salino

Aclimatao ao estresse

Homeostase osmtica e homeostase inicaHomeostase bioqumicaDesintoxicao

Consideraes finaisGlossrio de termos usados

AgradecimentosReferncias


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INTRODUO

A maioria dos cientistas acredita que a soluo degrande parte dos problemas da salinidade na produoagrcola depende da compreenso do que acontece coma Fisiologia e Bioqumica das Plantas cultivadas sobessas condies. Imagina-se que o esclarecimento dosmecanismos de tolerncia e susceptibilidade salinidadeseja de fundamental importncia para o desenvolvimentode cultivares que produzam economicamente sobcondies de estresse. Alm disso, esses conhecimentospodero contribuir para o desenvolvimento de novastcnicas de manejo das culturas, que possibilitem

aumentar a tolerncia das plantas salinidade.Apesar da importncia desses estudos, as pesquisas

nessa rea s comearam a apresentar resultadospromissor es a pa rt ir da segunda metade do sculopassado. Pretende-se, neste captulo, fazer umaretrospectiva histrica das descobertas mais relevantesdos efeitos da salinidade no crescimento edesenvolvimento das plantas e, com base em resultadosexperimentais, alguns deles obtidos em nosso laboratrio,apresentar uma sequncia de mudanas fisiolgicas ebioqumicas que ocorrem quando uma planta submetida

ao estresse salino.RETROSPECTIVA HISTRICA

DA FISIOLOGIA E BIOQUMICADO ESTRESSE SALINO

Existem registros na literatura que responsabilizam asalinidade pelos prejuzos causados agricultura queremontam a mais de 3.000 anos (Luchli & Grattan,2007)e, apesar dos avanos cientficos que ocorreramno mundo, esses danos ainda so evidentes na atualidade

(Trkan & Demiral, 2008). Nos ltimos 50 anos, a

fisiologia e a bioqumica do estresse salino progredirambastante, mas antes de analisar os resultados maisrecentes, pretende-se apresentar e discutir asdescobertas mais relevantes que ocorreram ao longo demais de um sculo de estudos.

Seca fisiolgica e ajustamento osmticoNo final do sculo XIX, o botnico alemo Schimper

tentou explicar os efeitos do estresse salino como sendoresultantes da seca fisiolgica (Schimper, 1898). Deacordo com essa teoria, o excesso de sais acumulado nasoluo do solo seria responsvel pela diminuio do

potencial osmtico () e do potencial hdrico (w) dasoluo do solo e provocaria uma diminuio nogradiente de potencial hdrico (w) entre o solo e aplanta, dificultando, portanto, a absoro de gua pelasplantas.

Como as plantas que crescem sob condies deestresse salino continuam transpirando, as diminuies nataxa de absoro de gua seriam responsveis peloaparecimento de um dficit hdrico (Transpirao >>Absoro Dficit hdrico). Segundo a teoria de

Schimper, plantas cultivadas nessas condies, na

realidade, sofreriam dficit hdrico, ou seja, secafisiolgica. Portanto, as redues no crescimentodeveriam ser proporcionais aos aumentos naconcentrao de sais da soluo do solo (diminuio noe no w), ou seja, a diminuio do wda soluo dosolo, resultante do decrscimo do potencial mtrico ()ou do , deveria acarretar redues equivalentes nocrescimento. Em outras palavras, a reao da planta salinidade seria idntica a da falta de gua no solo e osefeitos do estresse salino nas plantas seriam os mesmosdaqueles decorrentes do dficit hdrico.

Fisiologia e bioqumica do estressesalino em plantas


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Essa teoria foi aceita durante muitos anos e recebeusuporte de vrios pesquisadores do Laboratrio deSalinidade do USDA (Ministrio de Agricultura dosEstados Unidos). Eles demonstraram que as redues naproduo de gros de Phaseolus vulgaris (Wadleigh &Ayers, 1945) e no crescimento de guayule (Wadleigh etal., 1946) eram proporcionais s redues no wdo solo.

Isso ocorria quando as redues no w do solo eramdevidas ao aumento na concentrao de sais da soluodo solo (diminuio no ), reduo no contedo degua (diminuio no ) ou combinao dos dois(diminuio de e de ).

No incio da dcada de 1960, Leon Bernstein, doLaboratrio de Salinidade dos Estados Unidos, descobriuque plantas de Phaseolus vulgariscultivadas sobcondies de salinidade eram capazes de absorver onse em decorrncia disso, diminuir o de suas clulas.Fenmeno semelhante foi observado na Austrlia, quandotomateiro foi cultivado sob condies de estresse salino(Slatyer, 1961). A consequncia dessas observaes seriaa diminuio do w celular, de modo a garantir amanuteno do wdo sistema solo-planta. A essefenmeno deu-se o nome de ajustamento osmtico.Entretanto, devido metodologia usada paradeterminao do (medies crioscpicas do sucocelular), argumentava-se, poca, que os valores de do suco celular no correspondiam realidade, pois asoluo do vacolo era contaminada com solutos docitosol (endosmose) ou era diluda com a guaproveniente do apoplas to (efeito diluio). Pa ra

esclarecer isso, Bernstein realizou uma srie deexperimentos com algodo e pimento, usando osmtodos plasmoltico e crioscpico para determinao dodas razes. Teve o cuidado de levar em conta no so efeito diluio como tambm a endosmose. Seusresultados mostraram, mais uma vez, que as plantasdiminuam o medida que a salinidade do ambienteradicular aumentava e que isso se devia ao acmulo deons em seus tecidos. Se isso acontecesse, o wentreo ambiente radicular e a planta deveria ser mantido e, sea turgescncia das clulas fosse tambm mantida, no sepoderia pensar em seca fisiolgica em plantas que seajustam osmoticamente (Bernstein, 1961).

A seca fisiolgica foi tambm questionada porpesquisadores soviticos, os quais demonstraram quequando plantas eram submetidas mesma concentraosalina, provocada por diferentes tipos de sais, porexemplo, concentraes isosmticas de NaCl e deNa2SO4, as respostas eram diferentes, ou seja, a inibiodo crescimento dependia do tipo de sal e no apenas doda rizosfera (Strogonov, 1964). Esses resultados,portanto , eram conflit antes com a teoria da seca

fisiolgica, que tambm passou a ser questionada porcientistas de outros pases (Flowers et al., 1977;Greenway & Munns, 1980).

Estresse hdrico em plantas osmoticamente ajustadasExaminando-se a literatura, verifica-se que mesmo

plantas consideradas como osmoticamente ajustadas

podem apresentar sintomas que se assemelham quelesinduzidos pelo estresse hdrico (Bernstein & Hayward,1958; Oertli, 1966). Cabe ento a indagao: ser queuma planta cultivada em ambiente salino e ajustadaosmoticamente pode sofrer dficit hdrico?

Quando ewda soluo do solo so baixos, comono caso dos solos salinizados, a planta tende a absorverons e h diminuies nos valores de e de w dasrazes e das folhas. Essas diminuies nos wda plantapossibilitam a manuteno do wno sistema solo-planta,ou seja, manuteno da capacidade de absoro de guapela planta. Acontece que o aumento da concentrao desolutos nas razes, especialmente os inicos, podeprovocar uma reduo da permeabilidade do sistemaradicular gua, ou seja, reduo na condutividadehidrulica das razes (OLeary, 1969). A consequnciadisso que, apesar da manuteno do w, a plantapassa a absorver menos gua e, se isso acontece em umambiente de alta demanda evaporativa do ar, a taxa detranspirao da planta passa a ser mais elevada do quea taxa de absoro de gua. O resultado disso que ovegetal passa a sofrer dficit hdrico, que, eventualmente,levar reduo na taxa de fotossntese e na taxa de

crescimento (OLeary, 1971; Prisco, 1980).

Solutos responsveis pelo ajustamento osmticoOs descobridores do ajustamento osmtico

preconizaram que a diminuio noda planta devia-se,basicamente, ao acmulo de ons nas clulas (Bernstein,1961). Entretanto, isso conflitava com o fato de queenzimas isoladas do citosol, tanto de glicfitas como dehalfitas, eram igualmente inibidas na presena de Na+

e de Cl-(Greenway & Munns, 1980) e isso s poderiaacontecer se todos os ons, inclusive os txicos (Na+ eCl-), estivessem compartimentalizados no vacolo.

Mesmo partindo do princpio de que os ons estariamconcentrados no vacolo, os baixos valores de e dewno ambiente externo clula e no vacolo iriamexpor o citosol e as organelas nele mergulhadas a umestresse hdrico, pois estariam entre dois ambientes comwinferiores ao seu, (w)vac< (w)cito> (w)ext, ou seja,estariam perdendo gua para o ambiente externo e parao vacolo. Para equilibrar os potenciais hdricos dosistema ambiente externo, citosol + organelas nelemergulhadas e vacolo, o citosol teria que acumular ons,


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solutos orgnicos ou ambos. O acmulo de ons noseria factvel, pois provocaria inibio das enzimasenvolvidas no metabolismo. Portanto, a diminuio do e do wdo citosol teria que ser feita, principalmente, custa de solutos orgnicos que no inibissem ometabolismo, mesmo quando acumulados em elevadasconcentraes (solutos compatveis).

A partir da dcada de 1970, foram identificados vriosdesses solutos compatveis (Hellebust, 1976; Wyn Jones& Gorham, 1983; Bray et al., 2000; Sairam & Tyagi,2004), sendo os mais conhecidos: acares (glicose,frutose, sacarose, trealose, rafinose); lcoois polidricos(sorbitol, manitol, glicerol, arabinitol, pinitol, inositismetilados); protenas (peptdios de pequena massamolecular); aminocidos e seus derivados (glutamato,aspartato, glicina, prolina, prolina-betaina, glicina-betainae -alanina-betaina); cidos orgnicos (oxaloacetato,malato); aminas tercirias (1,4,5,6-tetrahidro-2-metil-4-carboxil piridamina); poliaminas (putrescina, cadaverina,espermidina, espermina); e compostos derivados desulfonium (propionato de dimetil-sulfonio e colina-O-sulfato). Infelizmente, ainda persistem muitas dvidassobre o papel metablico e a importncia fisiolgicadesses solutos compatveis (Bray et al., 2000).

Entretanto, pode-se afirmar que o ajustamentoosmtico se faz custa da absoro e acmulo de ons(principalmente os txicos) no vacolo e de ons notxicos e solutos orgnicos no citosol, compatveis coma manuteno da atividade metablica das clulas.Convm salientar que esse fenmeno uma resposta da

planta ao baixo wexistente no ambiente externo, sejaele causado pelo excesso de sais na soluo do solo(baixo ), seja pela carncia hdrica (baixo ) ou porambos (OLeary, 1971).

Hormnios e o estresse salinoDurante a dcada de 1960, verificou-se que plantas

submetidas a estresses abiticos mostravam decrscimona atividade das citocininas (CITOC) presentes na soluoexsudada das razes para a parte area (Adreenko et al.,1964; Itai & Vaadia, 1965; Kuraishi et al., 1966; Burrows& Carr, 1969) e que essa diminuio repercutia nometabolismo e crescimento desta ltima (Ben-Zioni, et al.,1967; Itai et al., 1968). Verificou-se, posteriormente, umacorrelao entre decrscimo na atividade das CITOCexsudadas das razes e a acelerao da senescncia dostecidos foliares de plantas no ajustadas (OLeary &Prisco, 1970) ou ajustadas osmoticamente (Prisco &OLeary, 1972), depois de submetidas ao estresse salino.Sabe-se que estresses abiticos tambm induzemalteraes nos nveis de cido abscsico, ABA (Mizrahi etal., 1970), de brassinoesterides, BR (Clouse & Sasse,

1998), de etileno e de giberelinas, Gib (Taiz & Zeiger,2006). Entretanto, o que se tem observado ultimamente que as pesquisas tm se concentrado apenas nos efeitosdo ABA, como se ele fosse o nico hormnio envolvidonos estresses abiticos (Taiz & Zeiger, 2006; Maathuis,2007).

Ca2+

como meio para minorar os efeitos da salinidade(NaCl)Durante a dcada de 1960, observou-se que a adio

de Ca2+ao ambiente radicular minimizava os efeitosdeletrios do Na+no estresse salino (LaHaye & Epstein,1969). Isso foi atribudo ao fato de que o Na+, alm dedesestabilizar as membranas, que, por sua vez, soestabilizadas por Ca2+, compete com o K+por stios noscanais existentes nas membranas, provocando aumentona concentrao de Na+e diminuio na de K+ dentrodas clulas, ou seja, diminuio da relao K+/Na+. Essasmudanas provocariam distrbios metablicos, com sriasimplicaes no crescimento e desenvolvimento dasplantas estressadas pela salinidade. Portanto, esperava-se que aplicaes exgenas de Ca 2+ ao ambienteradicular minorassem os efeitos da salinidade nocrescimento e desenvolvimento das plantas (LaHaye &Epstein, 1971). Infelizmente, isso no tem acontecido(Caines & Shenan, 1999; Sohan et al., 1999; Silva et al.,2003) e quando acontece, a resposta depende dascondies ambientais em que a planta foi cultivada(Lacerda, 1995). Posteriormente, usando-se tcnicas debiologia molecular em mutantes com diferentes

tolerncias salinidade, chegou-se concluso de que oCa2+parece estar envolvido, no apenas na manutenoda integridade das membranas (Cramer et al., 1985), mastambm no processo de transduo do sinal do local depercepo do estresse para o de sntese das protenascodificadas pelos genes do estresse, os quais regulamo controle da homeostase da clula, do tecido ou doindivduo (Trkan & Demiral, 2009).

Uso de culturas in vitro de clulas e tecidosOs soviticos usaram culturas de clulas e tecidos

como meio de entender porque as halfitas toleravam oestresse salino enquanto que as glicfitas eram sensveis salinidade (Strogonov, 1974). A concluso maisimportante que eles chegaram foi a de que a tolerncia salinidade era uma caracterstica do indivduo, que nose mantinha quando suas clulas ou tecidos eramcultivados in vitro. Essa publicao e uma anterior(Strogonov, 1964) repercutiram em muitos Laboratriosdo ocidente, principalmente em Israel (UniversidadeHebraica de Jerusalm e Instituto do Negev), Austrlia(CSIRO) e Gr Bretanha (Universidade de Sussex), que


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passaram a estudar a fisiologia comparada de halfitase glicfitas, na esperana de encontrar marcadoresfisiolgicos ou bioqumicos que conferissem tolerncia salinidade e que no afetassem qualitativa nemquantitativamente a produo (Flowers et al., 1977).

Infelizmente, os resultados obtidos pelos soviticosforam relegados por muitos pesquisadores, especialmente

americanos e canadenses, que quela poca estavamdeslumbrados com a possibilidade de se produzir umaplanta a partir de uma clula (Nabors, 1983; Salisbury &Ross, 1985). Achavam eles que clulas tolerantes salinidade poderiam ser selecionadas e a partir delas seobter plantas tolerantes. Durante a dcada de 1970 egrande parte da de 1980, surgiram vrios trabalhos quemostraram culturas de clulas com alta tolerncia salinidade (Nabors, 1983). Os autores, por razes bvias,selecionaram espcies que possuam protocolosmostrando como se obtinha uma planta, partindo-se declulas ou de embriides. Infelizmente, os resultados

obtidos foram completamente diferentes do que elesesperavam. As plantas selecionadas dessa maneira noconservaram a tolerncia das clulas que lhes deramorigem e, mesmo aquelas que conseguiam aumentar atolerncia, perdiam suas caractersticas de valoreconmico.

Apesar disso, esses resultados negativos forneceramimportantes informaes metodolgicas sobre culturas declulas in vitro que possibilitaram progressos nos estudosde fisiologia do estresse salino. A partir da dcada de1990, dois grupos de excelncia nessa rea, um na

Universidade de Purdue e outro na Universidade doArizona, ambos nos Estados Unidos, passaram a exploraressa metodologia nos estudos dos mecanismos deabsoro e compartimentalizao de ons sob condiesde salinidade (Hasegawa et al., 2000). Essa metodologiatambm auxiliou no estudo do papel dos solutoscompatveis no ajustamento osmtico e na proteo dasmembranas e das enzimas presentes no citosol e nasorganelas nele mergulhadas (Bray et al., 2000).

Estresse oxidativo decorrente do estresse salinoDurante a dcada de 1990, vrios pesquisadores

demonstraram que plantas produzem intermediriosmetablicos, conhecidos como EROs (Espcies Reativasde Oxignio) ou ROS (do ingls, Reactive OxigenSpecies), tais como o perxido de hidrognio (H2O2) e osradicais livres superxido (O2-) e hidroxil (OH), que socapazes de oxidar lipdios de membranas, desnaturarprotenas e reagir com DNA, provocando mutaes. Sobcondies normais de cultivo, as plantas neutralizam essesefeitos deletrios graas aos antioxidantes por elasproduzidos. Quando a produo desses antioxidantes no

suficiente para neutralizar as EROs, estas se acumulame a planta passa a sofrer de estresse oxidativo. Issotambm acontece em plantas submetidas a outrosestresses abiticos (Scandalios, 2002; Azevedo Neto et al.,2008). Essas descobertas abriram novas perspectivas paraos estudos de fisiologia e bioqumica da tolerncia aoestresse salino (Azevedo Neto et al., 2008).

Estresse salino e a biologia molecularNos ltimos 20 anos, foram observados inmeros

progressos na fisiologia e bioqumica do estresse salino,graas ao uso de mutantes de Arabidopsis thaliana edas tcnicas de biologia molecular. Em decorrncia disso,caminha-se para o estabelecimento de como as plantaspercebem os agentes estr essores, como ocorre atransduo do sinal de estresse do local de percepopara o local onde iro ocorrer as reaes metablicasresponsveis pela mudana no funcionamento celular e,finalmente, como ocorre a homeostase das clulas,tecidos e indivduos que so submetidos ao estressesalino (Zhu, 2001, 2002, 2003; Trkan & Demiral, 2009).

EFEITOS DA SALINIDADE NOCRESCIMENTO E DESENVOLVIMENTO

De posse dessa anlise retrospectiva do estudo dafisiologia e bioqumica do estresse salino e tentandoescalonar as mudanas que ocorrem em uma escalatemporal, pode-se afirmar que a salinidade altera,inicialmente, a absoro de gua, de nutrientes e a

permeabilidade das membranas (F igura 1). Essasalteraes refletem no balano hdrico e nutricional daplanta e provocam mudanas no metabolismo, no balanohormonal, nas trocas gasosas e na produo de EROs.Todas essas mudanas comprometem a expanso ediviso das clulas, o crescimento vegetativo ereprodutivo e a acelerao da senescncia das folhas,que resultam na eventual morte da planta.

Mudanas no metabolismo

Balano hormonal, trocas gasosas

e produo de EROs

Expanso e diviso celulares

Crescimento vegetativo e reprodutivo

Senescncia foliar

Mudanas no metabolismo

SALINIDADE

Absoro de gua, nutrientes epermeabilidade de membranas

Balano hdrico e nutricional

Figura 1. Mudanas na fisiologia das plantas em conseqnciada salinidade


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As mudanas no metabolismo e seus efeitos nocrescimento e desenvolvimento da planta iro dependerdas interaes que ocorrem entre as caractersticas doestresse e as caractersticas do vegetal que est sendosubmetido ao estresse (Figura 2). Essa figura mostra queos efeitos da salinidade iro depender: da concentraoe da composio inica da soluo que estar em

contato com a rizosfera (Strogonov, 1964), dagranulometria do solo (Boyko, 1966), do local da plantaexposto ao estresse (raiz ou parte area), do modo comoo estresse aplicado (abrupto ou escalonado), dadurao da exposio ao estresse e, finalmente, dainterao do estresse salino com outros, de naturezabitica ou abitica. Analisando-se as caractersticas dovegetal, pode-se afirmar que a tolerncia salinidadevaria com a espcie, e dentro de uma mesma espcie,ela varia com o gentipo e o estdio de desenvolvimentoem que a planta se encontra e se o estresse impostoa uma clula, a um tecido ou a um rgo do indivduo. As

interaes entre as caractersticas do estresse com as dovegetal podem resultar em tolerncia ou susceptibilidade,ou seja, vida ou morte da planta.

4. culturas de clulas, tecidos ou rgos (nos estudosem que so investigados os efeitos do estresse em nvelcelular e molecular).

Portanto, torna-se difcil comparar resultados obtidosem condies experimentais diferentes, do mesmo modoque se deve ter muito cuidado em extrapolar resultadosobtidos com culturas de clulas, tecidos ou rgos para

a condio de planta inteira. Tambm no se deveesquecer que, nas condies de campo, a planta pode serexposta simultaneamente a mais de um estresse.

RESPOSTAS FISIOLGICASE BIOQUMICAS AO ESTRESSE SALINO

Apesar das dificuldades experimentais, tentar-se-apresentar esquemas que generalizem, resumidamente, oque acontece quando uma planta submetida ao estressesalino. A salinidade possui dois componentes que soresponsveis pelo estresse: um osmtico e outro inico.

O componente osmtico altera o balano hdrico daplanta, enquanto que o componente inico responsvelpelos efeitos sobre o desbalanceamento nutritivo e pelosefeitos txicos dos ons (Luchli & Grattan, 2007; Munns& Tester, 2008). A predominncia de um desses fatoresir depender das caractersticas e condies do estresse,que sero discutidos mais adiante.

De maneira geral, quando uma planta exposta aoestresse, observa-se que sua resposta ir depender deuma sequncia de reaes que ocorrem desde aexposio ao estresse at que se possa perceber o efeito

daquele estresse na planta (Figura 3).

CARACTERSTICASDO ESTRESSE

Espcie

Gentipo

Estdio dedesenvolvimento

Clula, tecidoou rgo

Concentraode sais

Composioinica

Granulometriado solo

Local e modode aplicao

Durao daexposio

Interao comoutros estresses

CARACTERSTICASDO VEGETAL

Tolerncia

Susceptibilidade

VIDA

MORTE

RESPOSTA RESULTADO

Figura 2. Interaes entre caractersticas do estresse salino,caractersticas do vegetal e a resposta da planta aoestresse (adaptado de Bray et al., 2000)

Essas interaes complicam o estabelecimento de umametodologia que possa ser considerada como ideal para osestudos da Fisiologia e Bioqumica do Estresse Salino.

Portanto, o que se tem feito tentar compatibilizar o quese pretende estudar com o que possvel fazer, em termosde condies de cultivo. Por essa razo, a maioria dosestudos tem sido realizada em:

1. sistemas hidropnicos cuja soluo nutritivacontm NaCl, Na2SO4ou uma mistura de sais;

2. solo ou vermiculita irrigados com solues salinas decomposio inica e condutividade eltrica conhecidas;

3. gel de gar ao qual so adicionados os sais; e,finalmente,

Resposta

EstressePercepo

do sinal

Transduo

do sinal

Processamento daInformao

MudanasMetablicas

Figura 3. Seqncia de reaes que ocorrem quando umaplanta submetida a um estresse

Em termos de tempo, essa sequncia pode ocorrerem milissegundos, segundos, minutos, horas, semanas ou

meses, dependendo das condies e caractersticas doestresse e da respostas que se est observando.Na maioria das situaes, o rgo do vegetal que

exposto salinidade em primeiro lugar a raiz, excetoquando a planta irrigada por asperso com gua salinaou quando est exposta maresia. Nessas situaes, aparte area passa a ser exposta em primeiro lugar.

Percepo e transduo do sinal do estresse salinoBaseando-se em resultados obtidos com leveduras,

com culturas de clulas de plantas superiores e com


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mutantes de Arabidopsis thaliana, acredita-se que anvel celular a percepo seja feita pela membranaplasmtica e nela estejam envolvidos receptores quedetectam o componente osmtico e o componente inico.Alguns detalhes do que acontece nessa etapa ainda soespeculativos, mas sabe-se que existe mais de um sensorpara esses sinais e que os caminhos de transduo

desses sinais tambm variam. Para simplificar, seromostrados os mais conhecidos.

Percepo do componente osmtico: Descobriu-se,em Arabidopsis thaliana, uma protena na membranaplasmtica que parece ser o osmo-sensor (receptor) dosinal do componente osmtico do estresse salino. Estaprotena , AtHK1 (do ingls , Arabidopsi s thalianaHistidine Kinase 1), constituda de um domnio quinasedo tipo histidina e de outro, que funciona como reguladorde resposta. A hiper-osmolaridade do meio externo induzuma perda de turgescncia das clulas, que provoca

mudanas de conformao da membrana plasmtica eativa o processo de autofosforilao de um resduo dehistidina (His) no domnio quinase da AtHK1.Posteriormente, se d a transferncia desse radicalfosforil para um resduo de aspartato (Asp), que pertenceao domnio regulador de resposta e que ir exercer suaao via transduo desse sinal (Figura 4).

um registro da percepo do estresse, que dar inicio atransduo do sinal de estresse (Figura 5).

[sais]ext

PHis Asp

Transduo dosinal

Perda daturgescncia

Mudanaconformacional em

AtHK1

domnio-quinase

regulador da resposta

regulador da resposta

PAsp

domnio-quinase

His

~PO4 (autofosforilao.)

Figura 4. Percepo do componente osmtico do estressesalino pela AtHK1, presente na membrana plasmtica eincio do processo de transduo do sinal (adaptado deUrao et al., 1999)

Outra maneira da clula perceber o estresse osmtico

decorre do efeito mecnico que o excesso de sais noambiente extracelular exerce sobre os canais inicosexistentes na membrana plasmtica. Quando a clulaperde gua , ela diminui de volume e a membra naplasmtica sofre mudanas de conformao, quefacilitam a entrada de ons na clula, via canais inicos,que funcionam como osmo-sensores. A entrada dessesons na clula provoca a despolarizao da membranaplasmtica e aumento na concentrao de clcio nocitoplasma. Esse aumento na [Ca2+]citofunciona como

Perda daturgescncia

Volumecelular

Retrao damembrana

Abertura de canais(osmo-sensor)

Despolarizao da membrana e [Ca2+]cito

Transduo dosinal

Figura 5. Percepo do componente osmtico do estressesalino pelos canais inicos presentes na membranaplasmtica e incio do processo de transduo do sinal(adaptado de Urao et al., 1999)

Essas duas maneiras de percepo do componente

osmtico do estresse salino podem refletir na expressognica de enzimas envolvidas, por exemplo, nabiossntese de osmlitos (solutos compatveis), os quaispodem contribuir para o ajustamento osmtico do citosol+ organelas, e de protenas componentes dasmembranas, como a aquaporina (canal de gua), queaumenta a capacidade de absoro de gua das clulas.

Sabe-se que o ABA est relacionado com algumasrespostas da planta s variaes de osmolaridadeocasionadas, por exemplo, pelo componente osmtico doestresse salino, no entanto, ainda no foi possvelidentificar os receptores desse hormnio vegetal (Fan et

al., 2004; Wasilewska et al., 2008). Contudo, estudosrecentes tm revelado algumas protenas candidatas aesse papel e que a percepo ao ABA pode ocorrer tantono nvel extracelular quanto no intracelular (Fan et al.,2004; Maggio et al., 2006).

Percepo do componente inico:A descoberta dosmutantes de Arabidopsi s thal iana possuidores dehipersensibilidade ao on Na+, mutantes SOS (do ingls,Salt-Overly-Sensitive), possibilitou uma melhorcompreenso, no s da percepo do componente

inico, como da transduo desse sinal do estresse.Sob condies normais (ausncia de salinidade), asclulas vegetais mantm um potencial eletroqumicoatravs da membrana plasmtica (j) da ordem de -140mV (lado interno negativo). Isso se deve s diferenasem concentraes de ons dentro e fora das clulas,resultante do funcionamento das bombas de prtons (H+-ATPases) da membrana. Do mesmo modo, a ao dasbombas presentes no tonoplasto (H+-ATPases e H+-PPases) faz com que a membrana vacuolar tambmesteja polarizada (j + 60 mV).


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Sob condies de salinidade, h um aumento da[Na+]ext, que favorece a penetrao de ctions na clula.Assim, o Na+pode penetrar passivamente, atravs dediferentes tipos de canais ou transportadores, os quaispodem funcionar como sensores de Na+. Dentre oscanais, destacam-se o NSCC (do ingls, Nonselective-Cation-Channels), que transporta Na+e K+para dentro

da clula, dependendo da concentrao externa dessesons (se a [Na+] > [K+] entra Na+e quando a [Na+]

< [K+]entra K+) e o NORC (do ingls, Nonselective-

Outward-Retifying-Channels), que no discrimina K+deNa+. Neste caso, o NORC abre-se durante adespolarizao da membrana, entretanto, sob condiesde salinidade, quando a [Na+]ext> [K+]extentra Na+.

Dentre os transportadores, destaca-se o simporte HKT1(do ingls, High-affinity K+-Transporter 1,) que,dependendo da [Na+]ext, pode transportar: Na+/Na+, Na+/K+, K+/K+, K+/Na+e K+/H+, sendo considerado um dos

sensores do estresse salino (Blumwald et al., 2000;Yamagushi & Blumwald, 2005; Trkan & Demiral,2009). Nos ltimos anos, uma protena conectada aresduos de arabino-galactanas, a SOS5, que estpresente na parte externa da membrana plasmticatambm tem sido apontada como forte candidata paradetectar [Na+]ext (Mahajan et al., 2008; Trkan &Demiral, 2009).

A despolarizao decorrente da passagem do Na+

para o citosol pode contribuir para a abertura de outroscanais, tanto da membrana plasmtica como dotonoplasto, permitindo a entrada de outros ons (Cl-, K+,etc), que contribuem para alterar a turgescncia da clula(ajustamento osmtico). Outro aspecto importante queos canais de Ca2+, que so dependentes do potencialeletroqumico da membrana, podem aumentar a[Ca2+]cito, fato de grande relevncia, porque ele importante como sinal secundrio de transduo (Figura6). J existem dados que mostram que quando as razesso expostas a excesso de Na+ocorre um aumento na[Na+] e na [Ca2+] no citosol das clulas do crtexradicular (Munns & Tester, 2008). O aumento na[Na+]cito, seguido pelo incremento na [Ca2+]citopode ser

visualizado na Figura 6.Transduo do sinal do estresse salino

Aps a percepo do sinal, h um aumento na[Ca2+]citoque funciona como um mensageiro secundrioe inicia uma srie de reaes (cascata de sinalizao) quesero responsveis pelas mudanas no funcionamentodas clulas. A essa cascata de sinalizao deu-se onome de transduo do sinal do estresse, que pode serbastante complexa, envolvendo: protenas, lipdios,hormnios vegetais, clcio e espcies reativas de

oxignio. As transdues mais conhecidas so: asinalizao SOS, j definida anteriormente; a das quinasesproticas do tipo MAPK (do ingls Mitogenic-Activated-Protein-Kinases); a que envolve fosfolipdios; adependente de clcio/calmodulina; a sinalizada por ABA;e, finalmente, a sinalizada por H2O2 (Taiz & Zeiger,2006).

Transduo do sinal osmtico:A transduo do sinaldesencadeada pela percepo do componente osmticodo estresse salino pode ser classificada em duas rotas desinalizao distintas: a dependente de ABA e aindependente de ABA (Taiz & Zeiger, 2006). Ambas asrotas levam ativao de protenas reguladoras (fatoresde transcrio) que interagem com regies especficasdos genes, denominadas promotores, resultando nainduo ou represso da expresso de um determinadogene.

Na rota de sinalizao dependente de ABA, os

promotores dos genes regulados por este hormniopossuem uma sequncia de seis nucleot deos,denominada elemento de resposta ao ABA ou ABRE (doingls, ABA Response Element), qual se ligam osfatores de transcrio envolvidos nesse processo. J narota independente de ABA, os fatores de transcrio seligam a outro tipo de elemento de regulao nospromotores, o elemento de resposta desidratao ouDRE (do ingls, Dehydration Response Element). A rotaindependente de ABA pode tambm envolver a atuaodireta de uma cascata de sinalizao de MAPK (Taiz &

Zeiger, 2006) (Figura 7). Em alguns genes que possuemo ABRE, pode haver tambm o DRE, o que leva intensificao das respostas ao estresse, j que ambas asrotas esto presentes na transduo do sinal, sendo osons Ca2+os responsveis pela interao entre essas viasde sinalizao (Mahajan & Tujeta, 2005).

Dentre os genes cuja expresso induzida peloestresse osmtico, atravs das vias mencionadasanteriormente, esto aqueles que codificam vrios tiposde transportadores, protenas reguladoras (fatores detranscrio, quinases proticas e fosfatases) e protenas

Despolarizao

da membrana

Abertura de

canais de Ca2+

[Ca2+]cito[Na+]

Transduodo sinal

Receptores da

membrana

Ativa vias de

sinalizao

Figura 6. Percepo do componente inico do estresse salinopelos canais e transportadores presentes na membranaplasmtica e incio do processo de transduo do sinal(baseado em Tyerman & Skerret, 1999)


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envolvidas na tolerncia ao estresse, tais como asenzimas do sistema antioxidativo e as que atuam nasntese dos solutos compatveis. J dentre os que soreprimidos, esto genes cujos produtos atuam nocrescimento da clula, incluindo a parede celular, e quecodificam algumas protenas dos cloroplastos e damembrana plasmtica (Cutler et al., 2010).

Transduo do sinal inico:Existem vrias rotas detransduo do sinal inico, mas aqui ser descrita a viade sinalizao SOS, porque a melhor caracterizada e,segundo Trkan & Demiral (2009), j foi observadatanto em glicfitas (arroz, trigo eArabidopsis thaliana)como em halfitas (Tellungiella halophyla e Populuseuphratica).

Como ilustrado na Figura 8, a percepo de ambos oscomponentes do estresse salino provoca um aumento na[Ca2+]cito (mensageiro secundrio). Esse aumento percebido pela protena SOS3, que o produto datranscrio do gene SOS3 e que faz parte de uma famliade genes responsveis pela hipersensibilidade ao sdio,encontrada em mutantes de Arabidopsis thaliana(Zhu,2002). A protena SOS3 liga-se ao on clcio, formando

um complexo que ir interagir com uma protena quinasedo tipo histidina, a protena SOS2. O complexo SOS3-SOS2-PO4(protena SOS2 ativada) dirige-se para amembrana plasmtica, a fim de ativar, via fosforilao, aprotena SOS1 que, depois de ativada (SOS1-PO4) passaa funcionar como antiporte Na+/H+, que transporta parao apoplasto o excesso de Na+presente no citoplasma, aomesmo tempo em que transporta H+ para dentro docitosol. Portanto, este antiporte fundamental para amanuteno da relao K+/Na+ adequada para ometabolismo. Convm salientar que a protena SOS2

ativada, tambm atua como ativador do antiporte Na+/H+

localizado no tonoplasto ou NHX1 (do ingls, Na+/H+

Exchanger Protein 1), que regula o nvel de Na +

citoplasmtico ao compartimentaliz-lo no vacolo. Almdisso, SOS2 ativada regula a expresso gnica daprotena SOS1 e restr inge a entrada de Na+ para ocitoplasma, atravs de seu efeito inibitrio na atividade

do transportador simporte HKT1, que se encontra namembrana plasmtica. A protena SOS2 ativada atuacomo regulador da [Ca2+]cito, atravs da modulao daatividade do transportador CAX1 (do ingls, CalciumExchanger 1) existente no tonoplasto. Alm dessespapis , a SOS2 at ivada, tambm est envolvida naregulao da expresso do gene SOS4, cujo produto uma quinase do piridoxal, responsvel pela produo depiridoxal-5-fosfato, o qual contribui para a homeostaseinica da clula atravs da regulao de canais inicose transportadores (Turkan & Demiral, 2009).

Receptor doestresse osmtico

Expresso gnica alterada

Fatores de transcrio Cascata de MAPK

Dependente de ABA Independente de ABA

Figura 7. Transduo do sinal do componente osmticodo estresse salino atravs das vias dependente eindependente de ABA (adaptado de Taiz & Zeiger,2006)

H+

HKT1 AKT1SOS1

Na+

H+

SOS5

SOS3

SOS2Na+ K+

?

P

[Ca2+] ?ABA

Vacolo

NHX1

CAX1

Na+

H+

Ca2+H+H+

ADP + Pi

ATP

Ncleo

Regulao da

expresso gnica

(p. ex., SOS1 e SOS4 )

P

Quinase dopiridoxal-P

Piridoxal-P

Citosol

Membrana plasmt ica

Apopl asto

Cadeias polissacardicas

Estressesalino

Componente

osmtico

Componente

inico

Membrana plasmt ica

Citosol

Apopl asto

SOS5

V-ATPase e PPase

Figura 8. Estresse salino e a via de sinalizao SOS (adaptadode Trkan & Demiral, 2009)

Outras mudanas no metabolismoComo consequncia das mudanas no metabolismo,

iniciadas com a percepo e transduo do sinal deestresse, ocorrem alteraes no balano hormonal e naproduo de EROs.

Desbalanceamento hormonal:Sabe-se que CITOC,

Gib, etileno e ABA podem ser sintetizados nas razes etransportados para a parte area, onde afetam ocrescimento e desenvolvimento (Weiss & Vaadia, 1965;Skene, 1967; Taiz & Zeiger, 2006). Por outro lado, asauxinas e os BR so sintetizados e exercem sua aotanto nas razes como na parte area (Taiz & Zeiger,2006). Um fato que merece mais investigao o de queos BRs parecem estar envolvidos no estresse salino(Clouse & Sasse, 1998), pois so capazes de minorar osefeitos do estresse na produtividade vegetal (Ikekawa &


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Zhao, 1991; Taiz & Zeiger, 2006). Os estresses hdricoe salino diminuem a atividade das CITOC e das Gib napa rte area do vegetal ao mesmo tempo em queaumenta a atividade do ABA (Itai et al., 1968; Taiz &Zeiger, 2006). Essas mudanas foram associadas com ofechamento dos estmatos, a diminuio do crescimentoe a acelerao da senescncia das folhas de plantas

submetidas a estresse hdrico ou salino (Prisco &OLeary, 1972; Taiz & Zeiger, 2006) e todos oshormnios, acima mencionados, atuam nos caminhos detransduo do sinal de estresse e na expresso gnica(Hedden & Thomas, 2006).

Mesmo sabendo das dificuldades experimentaisencontradas quando se estudam os efeitos de balanoshormonais sobre plantas submetidas a estresse salino, osdados existentes sugerem que as mudanas no balanohormonal esto mais prximas da realidade do que seatribuir a apenas um hormnio do estresse, o ABA(Taiz & Zeiger, 2006). Partindo dessa premissa, quando

se descreve a sequncia de mudanas fisiolgicas ebioqumicas que ocorrem quando uma planta submetidaa estresse salino, os efeitos atribudos ao ABA (Hirt &Shinozaki, 2004; Taiz & Zeiger, 2006) foram substitudospelos efeitos devidos ao desbalanceamento hormonal.Isto ser discutido mais adiante.

Produo de EROs: O estresse salino provocaacmulo de espcies reativas de oxignio (EROs), queso responsveis pelo estresse oxidativo. Como asalinidade o agente estressor primrio, o estresse

oxidativo considerado como um estresse secundrio. Otermo EROs aplicado s espcies qumicasintermedirias, que aparecem durante a reduo doO2a H2O (O2+ 4e-+ 4H+H2O) como mostra a

Figura 9.

Miller et al., 2010); alm da produo de H2O2 nosperoxissomos durante a fotorrespirao, tambm podehaver a fotorreduo direta do O2a superxido (O2-)

pelos eltrons provenientes dos componentes da cadeiatransportadora de eltrons associados ao fotossistema I,nos cloroplastos (Figura 10). J na mitocndria, os stiosprincipais de produo de EROs so os complexos I e IIIda cadeia transportadora de eltrons, nos quais oseltrons so doados ao O2, gerando O2-, o qual podesofrer reduo e levar produo das demais EROs(Apel & Hirt, 2004; Miller et al., 2010).

O superxido, o perxido de hidrognio e o hidroxilso altamente reativos e podem lesionar membranas,cidos nuclicos e protenas. Nas condies normais, asplantas no sofrem esses danos porque h um equilbrio

entre a produo de EROs e a de antioxidantes (enzimase outros compostos orgnicos). Entretanto, sob condiode estresse, h o acmulo de EROs, pois nessascondies a planta no produz antioxidantes suficientespara neutralizar os efeitos deletrios desses poderososoxidantes. Recentemente, esse estresse secundrio temrecebido muita ateno dos pesquisadores, tendo emvista que a tolerncia salinidade parece estarcorrelacionada com a atividade antioxidante dosdiferentes rgos do vegetal (Azevedo Neto et al.,2008).

ACLIMATAO AO ESTRESSE

Enquanto essas alteraes no metabolismoacontecem, as plantas realizam ajustes metablicos,estruturais e fisiolgicos a fim de conseguir seu equilbriohomeosttico (osmtico, inico e bioqumico), bem comoa desintoxicao de suas clulas (eliminao das EROSe excluso e compartimentalizao de ons txicos).Esses ajustes so sincronizados e obedecem a umasequncia, que no final pode resultar em tolerncia ou

Oxignio Superxido Perxido dehidrognio

Hidroxil gua

e- e- e- e-

2 H+ H+

Figura 9. Espcies qumicas intermedirias que aparecemdurante a reduo do O2a H2O (O2+ 4e-+ 4H+ H2O). So consideradas espcies reativas de oxignio

(EROs): radical livre superxido, perxido de hidrognioe o radical livre hidroxil (modificado de Scandalios, 2002)

Reaes produtoras de EROs ocorrem noscloroplastos, mitocndrias e peroxissomos durante afotossntese, respirao e fotorrespirao,respectivamente (Figura 10). Alm do que produzidonessas organelas, pode tambm haver formao deEROS na membrana plasmtica (Slesak et al., 2007).

A fotossntese o processo metablico que maisproduz EROs nas clulas vegetais (Apel & Hirt, 2004;

Glicolato

Fotossistema I

H2O

Fotossistema II

O2

e-

O2-

e-Ferredoxina

e-NADP+

NADPH

Ribulose-1,5-bifosfato

O2

2-Fosfoglicolato

3-Fosfoglicerato

O2

H2O2

Glioxalato

O2e-

H2O2HO

NADH Complexo Ie-

Desidrogenasesdo NAD(P)H

e-

e-

Ubiquinona

e-Complexo II

Complexo IIIe-

e-

e-O2-

O2

e-

H2O2

HO

Succinato

Fumarato

H2O

O2

Complexo IVe-

e-

O2

e-e-

Mitocndria Peroxissomo

Cloroplasto

e-

e-

Figura 10. Principais stios de produo de espcies reativasde oxignio (EROs) nas clulas vegetais (adaptado de Apel& Hirt, 2004)


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susceptibilidade ao estresse, como ser visto maisadiante.

Homeostase osmtica e homeostase inicaA homeostase osmtica e a inica podem ser tratadas

simultaneamente, uma vez que so interdependentes. Aprimeira o resultado do ajustamento osmtico, descrito

anteriormente, e envolve a absoro de ons (Bernstein,1961; Slatyer, 1961), sua compartimentalizao em certostecidos (Munns & Tester, 2008) e organelas das clulas,associadas ao acmulo de solutos orgnicos nocitoplasma.

Nas condies consideradas fi siolgicas , aconcentrao de K+ no citosol varia de 100-200 mM,enquanto que a de Na+est na faixa de 0-10 mM. Paraque se tenha uma idia da importncia fisiolgica damanuteno de uma relao K+/Na+ alta no citosol, asntese de protenas depende de uma concentrao de K+

entre 100-150 mM e inibida quando a concentrao deNa+ultrapassa 100 mM (Blumwald et al., 2000). Almdisso, o K+ ativador de enzimas importantes dometabolismo, enquanto que o Na+ inibidor da atividadede vrias enzimas citoplasmticas. Portanto, ahomeostase inica e a osmtica devem envolverexcluso de Na+do citosol para o meio externo e suacompartimentalizao no vacolo, a fim de manter umaalta relao K+/Na+e o balano hdrico entre meioexterno, citosol + organelas nele mergulhadas e vacolo.

Para se compreender os mecanismos de excluso ecompartimentalizao de Na+, precisa-se ter em mente

que, em condies normais, as membranas plasmticasdas clulas vegetais esto polarizadas, devido sdiferenas em concentraes de ons dentro e fora dasclulas, resultante do funcionamento das bombas deprtons (H+-ATPases) da membrana. No caso dovacolo, existem no tonoplasto, alm das bombas deprton, as pirofosfatases (H+-PPases), que bombeiam H+

do citosol para o interior do vacolo, de modo que essamembrana tambm fica polarizada.

As mudanas que ocorrem durante a homeostaseinica tm forte repercusso na homeostase osmtica. Aconcentrao de ons (txicos ou no), cidos orgnicose, em menor proporo, de outros compostos orgnicoscontribui para a reduo do e do w dos vacolos.Com relao ao que acontece no citoplasma, a fim deque seja mantido o equilbrio osmtico entre apoplasto,citosol + organelas nele mergulhadas e vacolo, pode-seafirmar que se concentram neste compartimento celular,alm dos ons no txicos, como K+, os solutoscompatveis. Estes ltimos possuem baixa massamolecular, alta solubilidade em gua e no possuem cargalquida em pH neutro. Essas caractersticas permitem que

eles provoquem reduo do no citosol + organelasnele mergulhadas sem inibir as reaes metablicas.Alm disso, eles so hidroflicos e podem desempenharpapel protetor da estrutura das protenas citoplasmticase daquelas associadas s membranas (Botela et al.,2005). Outra funo desses osmlitos a de proteodas macromolculas da clula contra a ao deletria das

EROs (Hasegawa et al., 2000; Zhu, 2001).

Homeostase bioqumicaA homeostase bioqumica bastante complexa, pois

envolve todas as reaes do metabolismo, ou seja,representa os ajustes metablicos necessrios para queo organismo possa manter-se funcional, a despeito doaumento na concentrao de ons que ocorre noambiente externo. Durante esse processo, a atividade decertas enzimas aumentada, a de outras diminuda enovas enzimas podem tambm ser sintetizadas. Tudo issorequer um controle coordenado da percepo e

transduo do sinal do estresse e da sntese edegradao das protenas. Isso pode ser visualizadoquando se compara, quantitativa e qualitativamente, asprotenas solveis presentes em determinado rgo deuma planta que foi submetida ao estresse com outracultivada sob condies normais (Figuras 11 e 12).

Controle

Total de 358protenas

91 sofreramalteraes

49 aumentaram

36 diminuram04 desapareceram02 sintetizadasde novo

4,0 7,0pI664536292420

14,2

Mr

(kDa)4,0 7,0pI

NaCl a 150 mM ( 15 dS.m-1)

Figura 11. Protenas solveis de folhas de plntulas decajueiro ano-precoce irrigadas com soluo nutritiva

(controle) e com soluo nutritiva contendo NaCl a 150mM (Abreu et al., 2008)

Nos ltimos anos foram identificados vrios RNAspequenos, que se formam em consequncia de estressesabiticos e foram estabelecidos os seus papis noestresse oxidativo, no acmulo de compostos orgnicos,que, alm de contriburem para o ajustamento osmticofuncionam como osmo-protetores e, finalmente, nosilenciamento ps-transcricional de certos genes(Chinnusamy et al., 2007; Trkan & Demiral, 2009).


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DesintoxicaoO processo de desintoxicao envolve a excluso dos

ons txicos do citoplasma, que foi vista anteriormente, ea remoo sincronizada de EROs nos diferentescompartimentos celulares, que feita por antioxidantesde natureza enzimtica ou no-enzimtica a fim de quea planta no sofra estresse oxidativo. Os principaisantioxidantes celulares, bem como sua localizaosubcelular e as EROs alvo esto listados na Tabela 1.

CONSIDERAES FINAIS

A Figura 13 resume o que foi discutido anteriormente,mostrando uma sequncia de etapas que vo desde a

percepo do sinal do estresse at a aclimatao dasplantas salinidade. J est bem estabelecido que asrazes da planta percebem os dois componentes dasalinidade: o osmtico e o inico, sendo o local depercepo mais provvel a membrana plasmtica. Comoresultado da percepo desses componentes, produz-seum ou mais mensageiros secundrios que iniciaro o

processo de transduo do sinal. Na parte final dessasequncia, observa-se a homeostase (osmtica, inica ebioqu mica) e a des intoxicao. O equilbr io oudesequilbrio das diferentes homeostases resultar emplantas tolerantes ou susceptveis ao estresse salino.

Controle Estresse

18 1819 19

Aumento

Diminuio

Desaparecimento

Sntesede novo

Controle Estresse22 22

23 23

21 21

Figura 12. Aumento, diminuio, desaparecimento e sntesede novode protenas solveis de folhas de plntulas decajueiro ano-precoce irrigadas com soluo nutritiva(controle) e com soluo nutritiva contendo NaCl a 150mM (estresse), obtidas a partir das eletroforesesbidimensionais (Abreu et al., 2008)

Mecanismo Antioxidante Enzima ou Composto Orgnico Local na Clula ERO

Dismutase do Superxido(SOD EC 1.15.1.1)

Cloroplasto Citosol MitocndriaPeroxissomo Apoplasto

O2-

Peroxidase do Ascorbato(APX EC 1.11.1.11)

Cloroplasto Citosol MitocndriaPeroxissomo Apoplasto

H2O2

Catalase(CAT EC 1.11.1.6)

Peroxisomo H2O2

Peroxidase da Glutationa(GPX EC 1.11.1.9) Citosol H2O2e ROOH

Peroxidases(POD EC 1.11.1.7)

Parede Citosol Vacolo H2O2

Enzimtico

Peroxidase da Tiorredoxina(TPX EC 1.11.1)

Parede Citosol Mitocndria H2O2e ROOH

cido AscrbicoCloroplasto Citosol Mitocndria

Peroxissomo Apoplasto O2- e H2O2

GlutationaCloroplasto Citosol Mitocndria

Peroxissomo ApoplastoH2O2

-Tocoferol Membranas O2-e ROOH

No Enzimtico

Carotenides Cloroplasto O2-

Tabela 1. Tipos, natureza e locais de atuao de antioxidantes dentro da clula (adaptado de Mittler (2002)

Figura 13. Proposta para a seqncia de mudanas fisiolgicas

e bioqumicas que ocorrem quando plantas sosubmetidas a estresse salino (modificado de Azevedo-Netoet al., 2008)

DesbalanceamentoNutricional

Excesso deEROs e ons

Txicos

Desbalanceamentodas Relaes

Hdricas

SalinidadeComponente Osmtico ComponenteInico

Percepo e Transduo do Sinal do Estresse

Alt erae sMetablicas

HomeostaseOsmtica

HomeostaseInica

HomeostaseBioqumica

Desintoxicao

Fitormniosdesbalanceados

Produo de EROs

Acli mat ao

NutrioEquilibrada

Nveis normaisde EROs e deons txicos

Relaes HdricasEquilibradas

Tolerncia Sensibilidade


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Apesar do progresso cientfico no campo da fisiologiae bioqumica de plantas submetidas ao estresse salino,pouco se conseguiu em termos de produo de gentiposmais tolerantes salinidade e que produzameconomicamente. Os resultados obtidos em laboratrio ecasa de vegetao com a superexpresso de genes quecodificam para antiportes responsveis pela excluso e

compartimentalizao de Na+

(Apse et al., 1999) e pelasntese de alguns solutos compatveis (Hmida-Sayari etal., 2005) no se repetiram em condies de campo. Atolerncia ao estresse salino, por ser dependente daexpresso coordenada e sincronizada de vrios genes,no pode ser conseguida com a simples transferncia ousuperexpresso de um ou dois genes. Alm disso, osestudos sobre tolerncia em condies de campo sobem mais complexos e requerem o trabalho coordenadode fisiologistas, geneticistas, especialistas em solo e emengenharia de irrigao. Nos ltimos anos, se temtrabalhado tanto em laboratrio como em condies decampo, utilizando-se tcnicas do melhoramentotradicional e da engenharia gentica, visando obtenode cultivares mais tolerantes ao estresse salino. Osresultados obtidos com arroz (Li & Xu, 2007), trigo(Munns & Richards, 2007), milho (Bnziger & Araus,2007), cevada (Li et al., 2007), tomateiro (Fooland,2007), mandioca (Setter & Fregene, 2007), batata (Byunet al., 2007), soja (Pathan et al., 2007), algodo (Lubberset al., 2007), espcies arbreas (Bem-Hayyim & Moore,2007; Griplet et al., 2007) e forrageiras (Zhang & Wang,2007) so promissores, mas at que se consiga o que se

espera obter, o caminho a percorrer ainda longo.No que se refere ao manejo do solo e da gua, pode-se afirmar que em determinadas situaes o uso delavagem, de correo qumica do solo e de mtodos deirrigao mais apropriados para uso de guas salobrasalgumas vezes tm se mostrado eficazes.

Como foi visto anteriormente, o estresse salino induzao acmulo de H2O2 e segundo alguns autores operxido de hidrognio pode desempenhar papeisdiferentes, dependendo da concentrao em que ele seencontra no tecido: em baixas concentraes ele podefuncionar como um sinal para aclimatao ao estresse eem concentrao alta, ele funciona como indutor damorte programada das clulas (Dat, 2000; VanBreusegem et al., 2001). Resultados recentesdemonstram a existncia de vrias isoenzimasantioxidantes que variam de acordo com o local deproduo e remoo das EROs (Miller et al., 2010). Issonos leva a sugerir que os estudos nessa rea deveriamser feitos no nvel de organelas e no, de planta ou rgo,a fim de que se tenha um quadro mais claro do processode desintoxicao. Apesar disso, o pr-tratamento de

plantas com perxido de hidrognio, na concentraoadequada, aumentou a tolerncia salinidade em arroz(Uchida et al., 2002) e em um gentipo de milho sensvelao estresse (Azevedo Neto et al., 2005). Tambm o pr-tratamento de sementes de trigo com H2O2 acelerou agerminao e aumentou a tolerncia das plantas salinidade (Wahid et al., 2007). A induo dessa

tolerncia precisa ser melhor investigada em condiesde campo, pois poder resultar em uma prtica demanejo a ser usada, visando minorar os efeitos deletriosdo estresse salino no crescimento e produo dasculturas.

Como concluso final, pode-se afirmar que acomplexidade dos problemas de salinidade necessita demais estudos bsicos sobre fisiologia e bioqumica doestresse, mas para que eles possam produzir osresultados prticos que se deseja, precisam ser acopladosaos programas de pesquisa em melhoramento gentico,em solos e em engenharia de irrigao. No se podecontinuar trabalhando em compartimentos estanques - osolo, a gua e a planta deve-se enfatizar a abordagemque envolva o sistema solo-gua-planta.

Glossrio de termos usadosOs filsofos da Grcia antiga, quando se reuniam

para discutirem as preocupaes dos homens quetentavam desvendar o mundo que os cercava, iniciavampela conceituao dos termos que iriam ser usadosdurante suas discusses. Com isso, evitavam malentendidos, comuns nessas ocasies. Infelizmente, essa

prtica foi esquecida e tem sido muitas vezes a causa dedesencontros. Partindo-se desse princpio, estorelacionados abaixo, os conceitos dos principais termosusados neste captulo.

- Aclimatao refere-se a mudanas fisiolgicas,bioqumicas e morfolgicas temporrias, que ocorrem emum organismo e aumentam sua tolerncia s variaesno ambiente externo; embora possa envolver mudanasna expresso gnica, ela uma resposta homeostticaque no se transmite para as geraes futuras (Salisbury,1996; Taiz & Zeiger, 2006).

- Adaptao - refere-se capacidade desenvolvidapor um organismo, atravs da seleo natural ou artificial,de tolerar ambientes estressantes, graas a mudanasfisiolgicas, bioqumicas e morfolgicas permanentes;como essas mudanas so reguladas por genes elas sotransmitidas para as geraes futuras (Salisbury, 1996;Taiz & Zeiger, 2006).

- Antioxidante - pode ser definido como qualquersubstncia que, mesmo presente em baixasconcentraes em relao a um substrato oxidvel,retarda significativamente ou evita sua oxidao.


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- Aquaporinas tambm conhecidas como canais degua, so protenas integrais da membrana, que formamporos nas mesmas e, atravs deles a gua penetra ou saidas clulas.

- Estresse ambiental qualquer componente do meioambiente que seja capaz de alterar o funcionamentonormal do indivduo que est crescendo nesse ambiente.

- Estresse oxidativo quando o fator de estresse uma Espcie Reativa de Oxignio (ERO), resultante dasreaes metablicas que reduzem parcialmente ooxignio molecular.

- Estresse salino quando o fator de estresse ouagente estressante o excesso de sais solveis; soconsiderados salinos os solos que possuem CEes 4,0 dSm-1, PST < 15% e pH < 8,5; so considerados sdicos,aqueles que possuem CEes< 4,0 dS.m-1, PST > 15% epH > 8,5; e, finalmente, os sa lino-sdicos so ospossuidores de CEes 4,0 dS m-1, PST > 15% e pH

Cap_10_Fisiologia e BioquÃ-mica Do Estresse

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