Introdução à Fisiologia Vegetal

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO PÓLO AVANÇADO DE XERÉM GRADUAÇÃO EM BIOTECNOLOGIA CURSO FISIOLOGIA VEGETAL(XBT355) TURMA 2014/2 Introdução à Fisiologia Vegetal Prof. Dr. Silas Pessini Rodrigues Rio de Janeiro, 12 de agosto de 2014

2 O que é Fisiologia Vegetal? Fitoquímica Interações ambientais FISIOLOGIA VEGETAL Interações celulares Morfologia vegetal Biologia celular e molecular

3 Absorção de água: retomada do metabolismo celular Anadenanthera colubrina Rev. biol. trop vol.61 no.3 San José sep. 2013

4 Luz: gatilho para ativar vias de sinalização em algumas sementes Efeito da luz na germinação de sementes de alface

5 Temperatura afeta a viabiliadade de sementes Incubadas de 4-10 o C transferiadas 25 o C

6 Hormônios vegetais podem induzir a germinação Giberelinas induzem a germinação em algumas espécies Fusca violacea

7 Hormônios vegetais podem retardar a germinação Normal [Auxina] [Auxina] Auxina inibe a germinação em Arabidopsis. A sinalização da auxina atua ativando outros repressores da germinação (ABA). Arabidopsis precisa do frio para germinar -Auxina Normal +Auxina Liu, et al., Proc Natl Acad Sci U S A Sep 17;110(38):

8 O tratamento de frio ajusta o início do desenvolvimento de algumas espécies, de acordo com as condições ambientais Inverno Primavera

9 O desenvolvimento vegetal tem início durante a germinação

10 Controle do desenvolvimento vegetal: sinalização entre células e tecidos Fatores de transcrição (Ex.: SHORT ROOT) e hormônios Tráfego: (1) passivo, (2) receptores superficiais e/ou (3) plasmodesmas Embrião Radícula Taiz, L. & Zeiger, E. (2010). Plant Physiology. Sinauer Assoc Editor. 5 th Ed. Fig 16.14, página: 467.

11 Plasmodesmas controlam o tráfego de moléculas entre células Adaptado: Taiz, L. & Zeiger, E. (2006). Plant Physiology. Sinauer Assoc Editor. 3rd Ed. ISBN: X.

12 Os hormônios atuam também nas outras fases do desenvolvimento vegetal Santner et al., Nature Chemical Biology 5, (2009)

13 Giberelinas estimulam o alongamento da parte aérea do arroz [Giberelina]

14 Os hormônios atuam em conjunto modulando o desenvolvimento da planta [citocina] Auxina: induz raiz Citocina: parte aérea [Auxina]

15 Os efeitos das citocinas são explorados na relação planta versus agrobactéria T-DNA: Gene ipt, síntese de citocinas 2 genes para a síntese de auxinas Gene para síntese de opinas

16 E os efeitos da luz no desenvolvimento?

17 Uma vez que planta cresce, qual é o papel dela no fluxo de energia nos ecossistemas?

18 Esquema geral do metabolismo em plantas Síntese de lipídeos Skillman et al., Photosynthetic Productivity: Can Plants do Better? ISBN , Published: October 10, 2011 under CC BY 3.0 license Disponível online:

19 Os compostos orgânicos são distribuídos na planta através do floema, respeitando a relação fonte-dreno

20 As plantas absorvem, transportam e controlam a perda de água

21 As raízes também absorvem nutrientes minerais do solo

22 Desbalanço de nutrientes podem causar sintomas diversos em plantas Nutrientes em excesso Doença fúngica seca Deficiência de Mg Deficiência de N Deficiência de K Deficiência de P Folha normal Sintomas nutricionais em folhas de milho

23 Arabidopsis thaliana: planta modelo para estudo de biologia vegetal

24 Por que estudar fisiologia vegetal?

25 População Global CO 2 Atmosférico O maior desafio atual: Como alimentar mais pessoas sem danificar ainda mais o planeta? Photo courtesy Earth Observatory NASA

26 Qual é o papel a fisiologia vegetal na resolução dos problemas globais? Photo credits: Xochiquetzal Fonseca/CIMMYT and IRRI

27 Melhoramento genético na agricultura Passado distante Domesticação de plantas e animais de interesse para a alimentação Passado recente Sementes híbridas A (primeira) revolução verde Avanços em tecnologias de melhorameto Agora e no futuro Melhoramento para melhor saúde humana Melhoramento para tolerância a seca Inovação agrícola na África A segunda revolução verde Não se melhora uma planta sem conhecer seu funcionamento!

28 O aumento na produção de alimento tem acompanhado o aumento do crescimento populacional População (bilhões) 100% aumento Produção agrícola (giga-ton) >100% aumento Area plantada (hectare) ~20% aumento A area plantada não tem aumentado tão rápido quanto a produção agrícola, porque a produtividade (alimento por hectare) aumentou Aumentar a produtividade agrícola sem aumento na área plantada auxilia na redução dos efeitos climáticos e reduz a perda da biodiversidade Burney, J.A., Davis, S.J., and Lobell, D.B. (2010). Greenhouse gas mitigation by agricultural intensification. Proc. Natl. Acad. Sci. 107:

29 Avanços em genética contribuem para o melhoramento vegetal Seleção assitida por marcador Estudos do genoma completo Tecnologia do DNA recombinante e transgenia = engenharia genética Photo credit: IRRI

30 Engenharia genética é um outro método de melhoramento A tecnologia do DNA recombinante permite que um único gene seja introduzido no genoma. Este método é muito mais rápido que o melhoramento clássico Tomateiro elite Tomateiro pobre, mas resistente a doença Tomateiro elite, resistente a doença

31

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