Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento de Plantas

Transcrição

1 Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento de Plantas LGN SEMINÁRIOS EM GENÉTICA E MELHORAMENTO DE PLANTAS As adaptações das plantas às condições do cerrado brasileiro Aluna: Carolina Grando Orientador: Giancarlo Conde Xavier Oliveira Departamento de Genética Avenida Pádua Dias, 11 - Caixa Postal 83, CEP: Piracicaba - São Paulo - Brasil Telefone: (0xx19) / 4125 / Fax: (0xx19)

2 Introdução Condições físicas do ambiente Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente Cerrado Características do bioma Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas Considerações finais Evolução adaptativa das plantas ao cerrado Cerrado

3 Introdução Condições Físicas do Ambiente Condições físicas: temperatura, disponibilidade de água, radiação solar, ph Diversidade de organismos Evolução sob diferentes pressões ambientais Ricklefs, 2003

4 Introdução Condições Físicas do Ambiente Plantas: sésseis (exploração de recursos pontual) Evolução das Plantas: condições físicas agem como principais pressões seletivas à evolução Distribuição das espécies pela Terra Ricklefs, 2003

5 Introdução Condições Físicas do Ambiente Biomas: formas vegetais dominantes Adaptações Coutinho, 2008

6 Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente Adaptações evoluem pela ação da seleção natural - Caracteres que apresentam variabilidade genética herdável - Organismos com diferentes aptidões Antes da Seleção Depois da Seleção T ( C) Antes da Seleção Depois da Seleção T ( C) Ridley, 2006

7 Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente Adaptações evoluem pela ação da seleção natural Antes da Seleção Depois da Seleção T ( C)... T ( C) Evolução Evolução ocorre por outros processos: deriva genética Nem toda evolução ocorre por seleção natural, mas toda a evolução adaptativa, sim Ridley, 2006

8 Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente Qual a unidade de seleção? - Adaptações ocorrem ao nível do indivíduo - herdabilidade - Entidades ajustadas pela seleção natural: Genes - Têm longa duração - Não são fragmentados pela meiose e pela recombinação Adaptações beneficiam o indivíduo - a reprodução dos genes é maximizada por ser associada à reprodução dos organismos Ridley, 2006

9 Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente As mudanças genéticas ao longo da evolução adaptativa - Teoria de Fisher: Gradual pequenos passos vantajosos ao longo do tempo (mutações de pequeno efeito fenotípico) Ridley, 2006

10 Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente As mudanças genéticas ao longo da evolução adaptativa - Teoria não é válida para organismos distantes do pico adaptativo - Kimura (1983) Taxa de Substituição de Mutações = Probabilidade do surgimento de mutações X Probabilidade das mutações serem vantajosas X Vantagem seletiva - Orr (1998): 2 e 3 fatores - Mutações de grande efeito fenotípico mutações de pequeno efeito Teoria de Fisher nunca foi totalmente acolhida ou descartada Ridley, 2006

11 Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente Como reconhecer as adaptações? - Valor adaptativo (fitness): medida de sucesso reprodutivo dos organismos - Desvantagem: nem todas as características são mensuráveis, e algumas não são detectáveis estatísticamente - Convergência adaptativa: organismos não-aparentados desenvolvem semelhanças fenotípicas, em resposta à condições ambientais comuns Ridley, 2006

12 Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente Como estudar as adaptações? - Método comparativo : comparar a forma ou a função de um órgão em diferentes tipos de espécies, no mesmo local ou entre diferentes localidades - Comparar genes ou seqüências de DNA - Método experimental: modificar a forma ou função do órgão, no mesmo ambiente ou em ambientes diferentes Ridley, 2006

13 Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente Enfoques sobre a adaptação Seres vivos ajustados ao meio porque possuem adaptações para melhoria de sua sobrevivência e que favorecem sua reprodução Enfoque errôneo: adaptação como relação de finalidade - Pressupõe previsibilidade do processo evolutivo - Adaptação resultante de seleção sob variação direcionada para a melhoria da adaptação Ridley, 2006

14 Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente Enfoques sobre a adaptação - Adaptação como relação de causa e efeito - Causa: condições físicas agem sobre as diferenças de sucesso reprodutivo das plantas - seleção sobre variação não-direcionada - Efeito: evolução adaptativa - variantes que oferecem vantagens seletivas aumentam em freqüência na população ao longo do tempo Adaptações existem porque são vantajosas Ridley, 2006

15 Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente Enfoques sobre a adaptação As adaptações são ajustes dos organismos aos ambientes presentes Enfoque errôneo: organismos são ajustados por seleção natural em ambientes passados As adaptações dos organismos não são perfeitas Persistência: ambientes atuais tendem a ser similares aos do passado Ridley, 2006

16 Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente Plantas cultivadas Condições macroclimáticas e microclimáticas seleção natural seleção artificial Adaptação

17 Cerrado Características do bioma Segundo maior bioma brasileiro km2 (Ratter, 1997) - Núcleo: 11 Estados - Áreas disjuntas

18 Cerrado Características do bioma Coutinho (1978): Complexo vegetacional - Floresta-ecótono-campo: cinco fitofisionomias - Dois estratos de vegetação: arbustivo-arbóreo herbáceo-subarbustivo

19 Cerrado Características do bioma Complexo vegetacional - Matas de galeria, veredas, murundus Castro et al. (1999): a espécies - Arbustivo-arbóreo: a espécies - Herbáceo-subarbustivo: a espécies Hot spots mundiais

20 Cerrado Características do bioma Distribuição da vegetação - Poucas espécies abundantes - Grande endemismo - Condicionantes: - Condições climáticas - Condições edáficas - Efeitos do fogo Castro et al, 1999, Coutinho, 2008

21 Cerrado Características do bioma Condições climáticas - Savana neotropical estacional - Arbustos e gramíneas - Temperaturas entre 20 a 27 C -Duas estações bem definidas (pluviosidade) - Inverno seco (maio a setembro) - Verão chuvoso (outubro a abril) - Média anual: a mm Klinka & Machado, 2005

22 Cerrado Características do bioma Condições climáticas Diagrama de Walter - Estação seca: 4 a 5 meses - Estação chuvosa: veranico (1 a 2 meses) 5 a 7 meses de restrição de água Cianciaruso et al., 2006

23 Cerrado Características do bioma Condições climáticas Assad, 1994

24 Cerrado Características do bioma Condições edáficas - Relevo: maciços de planaltos sedimentares e de cimeira, com superfície aplainada, com altitudes entre 300 e 1700 m Microclima distribuição local das vegetações AB Saber, 2003

25 Cerrado Características do bioma Condições edáficas - Solos: geralmente profundos, porosos, altamente intemperizados, com baixa fertilidade e ph ácido - Latossolos e Neossolos Quartzarênicos: 60% ocorrência Escleromorfismo oligotrófico Reatto & Martins, 2005

26 Cerrado Características do bioma Efeitos do fogo - Quantidade matéria seca/ sazonalidade chuvas - Ocorrência: anos A.P. - Agosto e novembro - Grande agente perturbação - Mudanças na estrutura e composição florística - Magnitude depende da freqüência Salgado-Labouriau, 2005

27 Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas Razão raiz/parte aérea - Valores altos: sistema radicular desenvolvido - Hoffmann & Franco (2003): 11 gêneros Água das camadas profundas Porte baixo da vegetação do cerrado Hoffmann & Franco, 2003

28 Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas Translocação de fotoassimilados (raiz) - 6 gêneros Formação de reservas (secas e queimadas) Hoffmann & Franco, 2004

29 Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas Estruturas subterrâneas - Raízes gemíferas - Xilopódio: caule subterrâneo Isostigma peuceudanifolium Reservas (rebrota fogo e seca) Vilhalva & Appezzato-da-Glória, 2006

30 Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas Estruturas subterrâneas - Rizoma (perfilhamento) Rebrota (fogo e seca) Coutinho, 2008

31 Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas Estruturas caulinares aéreas - Casca espessa : cortiça - 10 gêneros Hoffmann et al, 2003

32 Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas Estruturas do fruto - Kielmeyera coriaceae: pericarpo espesso - Text (fogo): 390 a 730 C - Tint: 62 C (sem perder viabilidade) - Deiscência dos frutos Fogo: agente dispersor Cirne, 2002

33 Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas Estruturas foliares - Estômatos abaxiais, cutícula espessa, pilosidades Reduzem perdas de água por transpiração Mauro et.al., 2007

34 Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas Crescimento (baixa concentração de nutrientes) - Ex: Diferentes concentrações (ph=4,0) KH2PO4, MgSO4.7H2O (ph=4,0) Sinningia allagophylla Gomes & Shepherd, 2000

35 Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas Acúmulo foliar de alumínio - Altos teores de Fe2+ e Al3+ acumuladora Sinningia allagophylla Qualea parviflora Palicourea rigida (Gomes & Shepherd, 2000; Haridasan, 2005)

36 Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas Ajustamento osmótico - Assimilação de água pela planta depende do gradiente de potencial de água (solo planta atmosfera) Menor potencial Água menor potencial Ψatmosfera < Ψsolo Estresse hídrico Ψsolo < Ψatmosférica - Fechamento estômatos - Ajustamento osmótico plantas cerrado Maior potencial

37 Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas Ajustamento osmótico - Acúmulo intracelular de solutos na raiz - Manutenção da turgescência celular sob baixo potencial hídrico do solo - Abertura dos estômatos (transpiração e fotossíntese) Solanum licocarpum Chaves Filho & Stacciarini-Seraphin, 2001

38 Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas Resistência plântulas à seca - Potencial Hídrico Foliar: 3 gêneros Hoffmann & Franco, 2004

39 Considerações finais Evolução adaptativa das plantas ao cerrado Convergências adaptativas Ambiente manteve-se semelhante por um grande período de tempo Condições físicas distribuição da vegetação e evolução

40 Considerações finais Evolução adaptativa das plantas ao cerrado Condições climáticas -Análises paleoecológicas Salgado-Labouriau, 2005

41 Considerações finais Evolução adaptativa das plantas ao cerrado Condições climáticas -Análises paleoecológicas Salgado-Labouriau, 2005

42 Considerações finais Evolução adaptativa das plantas ao cerrado Condições climáticas 16 ciclos, 1,6 milhões anos Vegetação do cerrado é antiga - Áreas disjuntas (similaridade florística) - Espécies cogenéricas entre o cerrado e mata Diferentes pressões ambientais Especiação Salgado-Labouriau, 2005

43 Considerações finais Cerrado Redução do bioma km km2 (45%) Maior redução: São Paulo (85%) Machado et al., 2004

44 Considerações finais Cerrado Redução do bioma - Expansão agropecuária desordenada km km2 Klink & Machado, 2005

45 Considerações finais Cerrado Maiores ameaças ao bioma Brachiaria decumbens Melinis minutiflora Klink & Machado, 2005; Pivello,

46 Considerações finais Cerrado Maiores ameaças ao bioma Klink & Machado, 2005; Coutinho, 2008

47 Considerações finais Cerrado Preservação e Conservação - Áreas protegidas: 2,2 % ha ha ha ha - Conservação: Código Florestal 20 % Klink & Machado, 2005

48 Considerações finais Cerrado Klink & Machado, 2005

49 Muito obrigada!!