GerminaçãoMarcos Buckeridge

Departamento de BotânicaIB USP

msbuck@usp.br

Filtro histórico

Filtro fisiológico

Filtro biótico

Vegetação observada

(Lambers et al., 1998)

Restrições nos ecossistemas terrestres

Filtro histórico

Filtro fisiológico

Filtro biótico

Vegetação observada

(Lambers et al., 1998)

- Estabelecimento,- Sobrevivência e- Desenvolvimento

Castanheira-do-pará

Pesquisa FAPESPMarço/01

Germinação e Estabelecimento

1) Embebição2) Germinação e Dormência3) Estabelecimento da plântula4) Aplicações biotecnológicas

Representação de eventos associados aos estágios de embriogênese, maturação e dormência de semente de soja,modificado de Fosket, 1994.

A semente é preparada para “avaliar” as condições

ambientais vigentes

Os programas genéticos são baseados em sistemas preditivos com base em

condições passadasEstes sistemas foram moldados pela

seleção natural

DORMÊNCIA

Embrião/ cotilédone

Tegumento/ endosperma

Teoria hormonal ABA / GA

QUEBRA DE DORMÊNCIAEscarificação

Estratificação

Tratamento luz/escuro

FUNÇÃODistribuição espacial

Distribuição temporal

Dormência e germinação

Formação da

semente

Quebra da dormência

Dormência secundária

Semente não dormente

Dormência primária

Luz, temperatura, pós maturação

Luz, temperatura, anóxia

Programa genéticoAmbiente

Programa genéticoAmbiente

QUANTO DE ÁGUA HÁ DISPONÍVEL?

A EMBEBIÇÃO

Estrutura da semente de jatobáEstrutura da semente de jatobáHymenaeaHymenaea courbarilcourbaril L.

Tecido dos cotilédones

Parede celular rica em Xiloglucano

~40% do peso da semente

Tese de Dr da Henrique P. dos Santos, Depto de Biologia Vegetal, UNICAMP, 2002, orientação M. Buckeridge

Embebição das partes da sementes de H. courbaril

CotilédonesCotilédones70.6 %70.6 %

CascaCasca29.0 %29.0 %

EixoEixo0.4 %0.4 %

Tese de Dr da Henrique P. dos Santos, Depto de Biologia Vegetal, UNICAMP, 2002, orientação M. Buckeridge

Embebição“in vitro”

Tese de Dr da Henrique P. dos Santos, Depto de Biologia Vegetal, UNICAMP, 2002, orientação M. Buckeridge

Tese de Dr da Henrique P. dos Santos, Depto de Biologia Vegetal, UNICAMP, 2002 orientação M. Buckeridge

Casca e Temperatura

sementes de Ssementes de Sesbania esbania virgata virgata (Cav.) Pers.(Cav.) Pers.

Estrutura da semente de Estrutura da semente de SesbaniaSesbania virgatavirgata, uma leguminosa , uma leguminosa com endospermacom endosperma

end

teg

Embr

TONINI, P.P., LISBOA, C.G.S., SILVA, C.O., MAZZONI-VIVEIROS, S.C. & BUCKERIDGE, M.S. (2007) Testa is involved in the control of storage mobilization in seeds of Sesbania virgata (Cav.) Pers., a tropical legume tree from the Atlantic Forest Trees structure and function 21:13-21

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7

Tempo (dias)

Núm

ero

de s

emen

tes

germ

inad

as

Controle Hilo Lixado Lente Lixada Furo Alicate

Curva do tempo e germinação de Sesbania virgata com diferentes tipos de escarificaçãomecânica, Dados obtidos por alunos da BIB 133 em 2006.

Escarificação mecânica em Sesbania

0

20

40

60

80

100

12 24 36 42 48 60 72

Horas após o início do experimento

Sem

ente

s ge

rmin

adas

(%)

30ºC20ºC10ºCEscuro/ 6ºCEscuro/Temp.Amb

Porcentagem de germinação de sementes Sesbania virgata, submetidas a diferentes temperaturas, ao longo de 72 horas de experimento.

Sementes de Sesbania virgata

germinando

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

100%

6ºC 10ºC 20ºC 30ºC

temperatura

germ

inab

ilida

de

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

velo

cida

de

Germinabilidade (porcentagem final de germinação)

IVE (índice de velocidade de emergência) é adimensional, mas comunica n de sementesgerminadas por hora

Velocidade de germinação e germinabilidade de sementes de Sesbania vergata em diferentes temperaturas

Dados alunos da BIB 133 2006

Efeito da temperatura sobre a germinação de sementes de Anadenanthera pavonina, uma spp

de Leguminosae do nordeste brasileiro

Tese de doutorado de Francisco Spevak, 2002

Efeito da Luz

INTERAÇÃO COM A LUZNotar o antagonismo pelo ácido abscísico

Significado biológico da germinação

Processo de checagem das condições ambientais que, quando dentro de faixas ótimas, ativa o metabolismo e permite o avanço do processo de desenvolvimento

da plântula e sua tentativa de estabelecimento no ambiente

Estabelecimento de plântulas

1) Embebição2) Germinação e Dormência3) Estabelecimento da plântula4) Sementes e biotecnologia

Gramíneas, asteráceasSesbania, embaúba, solanaceas

t = year zerot = 5 years

Succession in the tropical forestt = 30 yearst = +40 years

Guapuruvú, pau-jacaré, ipês, pau-brasilJatobá, jacarandá, copaíba

Gradient of physiological constraints during succession

Water

Light

10 µmoles.m-2.s −2

2000 µmoles.m-2.s −2

High lightintensitieswith relativelylow wateravailability

Microclimaticconditions nearto ideal balance for growth anddevelopment of seedlings

Low lightintensitieswith higherwateravailability

Pioneer → Early Secondary → Late sec/Climax

ÁCIDO ABSCÍSICO

DA MATURAÇÃO AO ESTABELECIMENTO DA

PLÂNTULA

SEMENTESSEMENTES DEDESesbania virgata Sesbania virgata

(Cav.) Pers.(Cav.) Pers.=S. marginata =S. marginata Benth.Benth.

TONINI, P.P., LISBOA, C.G.S., FRESCHI, L., MERCIER, H., MAZZONI-VIVEIROS, S.C. & BUCKERIDGE, M.S. (2006) Effect of ascisic acid on galactomannan degradation and endo-beta-mannanase activity in seeds of Sesbania virgata (Cav.) Pers. (Leguminosae). Trees structure and function 20: 669-678.

Estrutura da semente de Estrutura da semente de SesbaniaSesbania virgatavirgata, uma leguminosa , uma leguminosa com endospermacom endosperma

end

teg

Embr

TONINI, P.P., LISBOA, C.G.S., SILVA, C.O., MAZZONI-VIVEIROS, S.C. & BUCKERIDGE, M.S. (2007) Testa is involved in the control of storage mobilization in seeds of Sesbania virgata (Cav.) Pers., a tropical legume tree from the Atlantic Forest Trees structure and function 21:13-21

ÁGUA

ABA

Efeito da aplicação exógena de ABA (10-4M) sobre a germinação de sementes de Sesbania marginata (A) e o crescimento da plântula (B) durante 144h após embebição.

0

20

40

60

80

100

120

0 24 48 72 96 120 144 168Time (h)

Ger

min

atio

n (%

)

waterABA

A

0

2

4

6

8

10

12

0 24 48 72 96 120 144 168

Time (h)

Seed

ling

grow

th (c

m) water

ABAB

POTOMATI, A. & BUCKERIDGE, M.S. (2002) Effect of abscisic acid on the mobilisation of galactomannan and embryo development of Sesbania marginata Benth. (Leguminosae-Faboideae). Revista Brasileira de Botanica 25(3) 303-310

Perfuração do endosperma micropilarem tabaco (esquerda) e

tomate (abaixo)

Teores de Teores de áácido cido absabsíícicocico em diferentes partes das em diferentes partes das sementes de sementes de SesbaniaSesbania virgatavirgata ao longo da ao longo da germinaçãogerminação

0

2000

40006000

8000

10000

12000

TEG END EMB

pmol.g

-1 d

e mas

sa f

resc

a Primeiro dia

Terceiro dia

TONINI, P.P., LISBOA, C.G.S., FRESCHI, L., MERCIER, H., MAZZONI-VIVEIROS, S.C. & BUCKERIDGE, M.S. (2006) Effect of ascisic acid on galactomannan degradation and endo-beta-mannanase activity in seeds of Sesbania virgata (Cav.) Pers. (Leguminosae). Trees structure and function 20: 669-678.

Possível rota de transdução de sinal do ABA. O receptor ainda não é conhecido, mas

acredita-se que permita a entrada direta de cálcio através da membrana

plasmática

HORMÔNIOS VEGETAIS E A FOTOMORFOGÊNESE EM

PLÂNTULAS

Fotomorfogênese X Skotomorfogênese

Na fotomorfogênese são executados programas genéticos (p.ex. COP9

signalosome complex) que ativam uma série de genes, inclusive os da fotossínese (p.ex.

CAB e Rbcs)

Na skotomorfogênese programas genéticos que ativam a fotomorfogênese são reprimidos

através da marcação (p.ex. do COP9 signalosome complex) para degradação

Effect of paclobutrazol (PAC) onphotomorphogenesis of dark-grown Arabidopsis wild-type (WT) seedlings. A, Phenotypes of representative4- and 6-d-old dark-grown seedlings for eachtreatment (see text). B, Hook angle of 4-d-oldseedlings grown in darkness. Measurements are average of 10 to 15 seedlings SE per treatment. C, Cotyledon angle of 6-d-old seedlings grown in darkness. Measurements are average of 10 to 15 seedlings SE per treatment. D, Northern-blotanalysis of CAB2 and RbcS gene expression in Arabidopsis WT seedlings grown in darkness or in continuous white light for 10 d. Four micrograms of total RNA from light-grown seedlings, and 8 g of total RNA from dark-grown seedlings was loaded per lane.

Resposta tríplice do

etileno sobre o feijão mungo

Etileno e a expansão celular em plântulas ervilha

Controle: sem etileno Tratado com etileno (5µL.L-1)

Stwart et al. (1974) Plant Physiology 54:1-3

Provável mecanismo de ação do etileno. Para

facilitar a compreensão, apenas o receptor ETR1

é mostrado. O cofatorcobre se liga ao receptor

através de uma proteínRAN1

Ctr1

Ctr1 Repressão derespostaEtr1etileno

Liberação derespostaEtr1etileno

Primeiro recorde da resposta tríplice

Mutante etr1 de

arabidopsis

Ctr1Etr1 Liberação derespostaetileno

Ctr1Etr1etileno Repressão deresposta

REDES DE INTERAÇÕES METABÓLICAS, FISIOLÓGICAS E

ECOLÓGICAS

Número de links (k)

Núm

ero

de n

ós c

om k

links

Núm

ero

de n

ós c

om k

links

Número de links (k)

Por quê os controladores de vôo de Brasília derrubaram a rede aérea brasileira, mas o acidente com o vôo 1907 não?

Rede hierárquica

Rede a

o aca

so

Comunicação entre as rotas de sinalização

do etileno e dois açúcares

Sincronismo Mobilização de Xg x Crescimento da P. aérea x

Ambiente

XGAIA

Crescimento

Amido

SacSac

Sac

AIA

3+H

1

Ms

Hidrolases2

+

NPA -

+

Pirâmide da universalidade (Oltvai, Z.N. & Barabási, A.L. 2002, Science 298: 763)