Ácido abscísico
Um sinal para a maturação de
sementes e anti-estresse
Introdução

Na década de 60, nos EUA,
Addicott et al.
cristalizaram
uma
substância que causava abscisão de frutos de algodão.

Foi chamada de abscisina II.

Na década de 60, na Inglaterra , Wareing et al. extraíram substância
que
chamaram
de
dormina,
de
gemas
de
pseudoplatanus) mantidas em dias curtos.

Apresentavam dormência em resposta à sazonalidade.
bordo
(Acer
Acer pseudoplatanus L. Família:
Sapindaceae

Dormina e abscisina II são nomes anteriores do ácido
abscísico - ABA.

A indução de abscisão de frutos por ABA age ativando a
síntese de etileno.

ABA é um sesquiterpenóide de 15 carbonos formado por 3
unidades de isopreno.
ISOPRENO
Locais de síntese

Todas as células vivas, desde ápice caulinar ao ápice radicular.

Presente nas seivas de xilema, floema e em nectários.

Em condições normais há poucos ng.g MF-1.

Tecidos submetidos ao estresse hídrico ambiental e sementes em
desenvolvimento apresentam g. g MF-1.

ABA é a única forma natural e ativa.
BIOSSÍNTESE

A partir de carotenóides.

Precursor isopentenil-difosfato (ou pirofosfato) - IPP (gerado a partir
de piruvato e 3-PGA) nos plastídios e cloroplastos.

Ácido mevalônico é precursor de IPP no citosol.

IPP também é precursor de giberelinas.

Conversão de xantoxina ou de zeaxantina em ABA no citosol.
Biossíntese
de -caroteno

São precursores de caroteno, o 3-PGA e o
piruvato, originados nos
cloroplastos.

O -caroteno é precuror de
zeaxantina, que por sua vez
é precursora de ABA.

Zeaxantina pode também
ser produzida a partir de
isopentenilpirofosfato (IPP).
Transporte e mecanismo de ação

Transportado das folhas para raízes via floema.

De raízes à parte aérea via xilema.

Também através de células parenquimáticas.

Dois tipos de respostas:

Rápidas – alterações de fluxo de íons e de balanço hídrico.

Ocorrem poucos minutos após aumento de ABA endógeno.

Exemplo de resposta rápida: fechamento estomático devido ao
estresse hídrico.

Lentas - alterações na expressão gênica- demoram algumas
horas para ocorrer.

Exemplo: tolerância à dessecação em sementes em formação.
Modelo esquemático de sinalização de ABA mediada por
GCR.
GCR2
Proteína G
Efetores ( E2) : PLD= fosfolipase D; canais de K+, canais de CA 2+,
outros.
Modelo de ação e receptores

Proteína receptora (GCR)
ligada à proteína G na membrana
plasmática e ao ABA em Arabidopsis.

Ligação de ABA ao receptor substitui GDP por GTP na sub-unidade
α da proteína G.

A seguir, GCR se separa de G.

A sub-unidade α da proteína G se separa e liga-se a uma molécula
efetora para induzir as respostas.

As evidências atuais sugerem uma multiplicidade de receptores
para ABA.
Modelo simplificado para síntese, transporte e
percepção de ABA em arroz sob estresse hídrico
Modelo de ação e receptores

Modelo estudado em estresse hídrico em arroz.

Biossíntese de ABA induzida por estímulos ambientes nos tecidos
vasculares.

ABA pode ser liberado do RE por ABA-GE que o armazena no
vacúolo e transporta para sistema vascular por um transportador
ABA-GE

ABA
é transportado para os espaços intercelulares pelos
transportadores AtABCG25 localizados principalmente no tecido
vascular

ABA é exportado para fora da célula.

Deve ser conduzido até as células guardas.

ABA recém sintetizado é transportado na célula para sítios de
resposta, via transporte ativo ou passivo.

Receptores PYR/PYL/RCAR percebem o sinal de ABA intracelular

Combinam-se com reguladores negativos PP2Cs/ABI1,formando
um complexo ternário.

Os reguladores negativos são desativados enquanto que PP2Cs,
SnRK2s, são ativados pela fosforilação.

A ativação de SnRK2s inicia a resposta de ABA

Em células sem ABA, SnRK2s é desativada por PP2Cs.
Principais efeitos fisiológicos

Fechamento de estômatos induzido por estresse hídrico.

Desenvolvimento de sementes.

Dormência de sementes.

Inibição de viviparidade.

Promoção de senescência foliar.

Retardamento de floração.

Promoção de crescimento de raízes em baixo potencial hídrico.
Abertura estomática

Luz azul ativa as H+ATPases das membranas celulares de
células guardas.

Ocorre o bombeamento de íons K+ e CL- nas primeiras horas da
manhã para dentro das células guardas.

Isto causa redução de os das células guardas (fica mais
negativo) e entrada de água, induzindo abertura do poro
estomático.

No início do dia, acúmulo de K+ induz abertura estomática.

Ao longo do dia, luz vermelha induz fotossíntese.

A síntese de sacarose nas células guardas contribui para a
redução de os.

Sacarose aumenta lentamente pela manhã e torna-se dominante
em relação ao K+ ao longo do dia.
Cucumis anguria

Apium petroselinum (salsa)
Modelo dos balões para explicar o papel
das
paredes
celulares
das
células
guardas na sua abertura.

Os
polissacarídeos
formam
espessamentos radiais.

Quando as células guardas
ficam
túrgidas, esses espessamentos puxam
para dentro o poro estomático e o
estômato abre.
Modelo de ação da luz azul na abertura estomática
Criptocromos e
fototropinas
CRY

Zeaxantina, criptocromos e fototropinas absorvem luz azul.

Fosforilam uma proteína 14-3-3 que se liga à ATPase de célula
guarda.

ATPase bombeia H+ para as paredes das células guardas.

Gera gradiente eletroquímico.

Este permite o funcionamento dos canais de K+ e de CL-.

Esses íons entram na célula guarda.

E reduzem seu potencial osmótico ( torna-se mais negativo)

A água entra nas células guardas.

O estômato se abre.
ABA e fechamento estomático durante
estresse hídrico
Fechamento de estômatos durante estresse
hídrico

Raízes de plantas sob estresse hídrico sintetizam altos níveis
de ABA (pode aumentar 40 X).

Durante estresse hídrico, seiva do xilema
alcalina.

Isso favorece a dissociação de ABAH ao ABA–.

ABA– é enviado às células guardas dos estômatos.

Células guardas têm receptor de ABA na superfície externa da
membrana plasmática.

Ocorre perda de íons K+, Cl- e malato- pelas células guardas em
resposta ao aumento de ABA.

Ocorre então redução da água das células guardas.

Ocorre também redução de potencial de pressão (  p) ou pressão
de turgescência.

O estômato se fecha.
foliar fica levemente
Efeito do ABA no fechamento estomático


Perdas de K+, malato- e Cl- pelas células guarda causam:
liberação de água pelas células guardas,

redução de potencial de pressão ou pressão de turgescência

e fechamento estomático.
Estresse hídrico em milho
Estresse hídrico em milho

O potencial hídrico foliar diminui (fica mais negativo) com a perda
de água no solo.

Isso induz a síntese de ABA.

O conteúdo de ABA foliar aumenta.

A resistência estomática aumenta.

Os estômatos fecham como consequencia do stress hídrico.

Com o fornecimento de água, o inverso é observado.

Aumento de concentrações de Ca+2 e
diminuição de poro estomático induzidos por
ABA.
ABA aumenta Ca+2
citosólico
(Linha
vermelha)
nas
células guardas.
Aumentos de ABA
reduzem tamanho
do poro estomático.
Inibição de bombas de prótons de células guardas
pelo ABA



Protoplastos de células guardas foram mantidos em meio de cultura e mantidos sob
luz vermelha.
O pH inicial foi o mesmo em todos os casos.
Receberam a seguir pulsos de luz azul.
Desenvolvimento de sementes

Picos de ABA são verificados no final de embriogênese e início da
maturação das sementes.

ABA induz transporte de assimilados (ou fotossintetatos) para
sementes em desenvolvimento e embriões em crescimento.

Síntese de proteínas de armazenagem em sementes.

Expressão de genes lea - proteínas LEA – (late embryogenesis
abundant).

Proteínas de proteção contra desidratação: RAB (que respondem ao
ABA) e DHN (deidrinas) em Arabidopsis thaliana.
Embriogênese de Arabidopsis
thaliana
Controle da germinação precoce e dormência.

ABA evita viviparidade, ou seja germinação precoce do embrião
ainda nos frutos.

Mutantes deficientes ou insensíveis ao ABA mostram viviparidade.

Exemplos: milho, tomate, ervilha, batata, cevada, Arabidopsis,
Nicotiana.

Mutantes de milho mostram bloqueio na síntese de carotenóides e
níveis muito reduzidos de ABA causando viviparidade.

Em cereais o ABA inibe a síntese de - amilase dependente
de GA pela inibição de transcrição de mRNA de MYB.

Elementos de DNA envolvidos na repressão da transcrição por
ABA são os GARES, reprimidos por ABA na síntese de - amilase
dependente de GA.

Em sementes dormentes,
redução da taxa ABA/GA.
saída da dormência associada à
Giberelinas ativam enzimas hidrolíticas necessárias para a germinação
ABA inibe enzimas hidrolíticas - inibidor de germinação
Espigas de milho contendo mutantes vivíparos,
insensíveis ou deficientes em ABA
À esquerda, mutantes
deficientes em ABA.
À direita, mutantes
insensíveis ao ABA.
As cariopses pretas possuem antocianinas, cuja
síntese é induzida pelo ABA e as amarelas não contém
antocianinas.
Sementes mutantes de Arabidopsis
•Germinação
de Arabidopsis foi determinada após 3 dias de
crescimento em meio 1/2 Murashige e Skoog (MS) com adição de
0.3 µM de ABA
•Sementes frescas recém coletadas, germinaram em papel de filtro
umedecido por 7 dias.
•Sementes de mutantes gcr2 (sem receptor GCR2) perdem a dormência
observada nas selvagens (WT).
•Sementes gcr2 são menos sensíveis à inibição de germinação causada
pelo ABA.
• Mutantes gcr2 são menos sensíveis ao ABA.
•Sementes germinaram em 1/2 MS com (direita) ou sem (esquerda) 0.3 µM
de ABA por 10 dias.
•GCR2OE, GCR2 super-expressam o receptor e crescem menos que as
selvagens pois são mais sensíveis ao ABA exógeno que as selvagens.
Retardamento de Floração
•ABA liga-se a um receptor nuclear FCA.
•Enquanto acorrer essa ligação, FCA não
se liga a FY.
•FLC (Flowering locus C) é um fator de
transcrição que inibe a floração.
•A interação FCA – FY reprime FLC e a
floração é promovida.
•ABA retarda o tempo de florescimento.
Promoção de senescência foliar

ABA promove a senescência foliar independentemente do
etileno.

Acelera senescência foliar de folhas intactas e segmentos.

Em mutantes de Arabidopsis insensíveis ao etileno, o ABA
estimulou o amarelecimento, ou clorose em ambos, o selvagem e o
mutante.

Há interação com vários outros grupos de hormônios.

Altos níveis de AIA foliar retardam senescência.

Altos níveis de citocininas retardam.

Etileno, ABA e JA (jasmonatos) aceleram.
Senescence in Arabidopsis




Os níveis de ABA aumentam em folhas senescentes.
Aplicações exógenas de ABA induzem expressão de
vários genes SAGs (73) envolvidos com senescência.
Genes de enzimas chaves da síntese de ABA: 9-cisepoxycarotenoid dioxygenase (NECD), e 2 genes de
oxidase de aldeído, AAO1 e AAO3 aumentam sua
expressão durante senescência.
O gene induzido pelo ABA ,do receptor de ABA, tipo
quinase, RPK1,
é altamento induzido durante
senescência.
Modelo de regulagem de senescência
foliar.

A senescência é um processo complexo.

Os efeitos de fatores endógenos e exógenos estão integrados à
fase de desenvolvimento dependente da idade.

Inúmeras vias metabólicas que respondem aos vários fatores estão
interligadas e formam uma rede de regulagem

Essa rede ativa vários genes associados à senescência.

Esses são responsáveis pelos processos degenerativos que levam
à morte celular.
Referências




Kerbauy, G.B. 2004. Fisiologia Vegetal.
Guanabara Koogan, 452p.
Taiz ,L. & Zeiger, E. 2004. FISIOLOGIA
VEGETAL. 3ª EDIÇÃO. ARTMED, 719P.
Taiz, L. & Zeiger, E.2006. Plant Physiology.
Sinauer Associates, Inc, Publishers, 705p.
Taiz, L. & Zeiger, E. 2010. Sinauer Associates,
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V. Silveira, C. Santa-catarina, T.S. Balbuena, F.M.S. Moraes,
C.A.O. Ricart, M.V. Sousa, M.P. Guerra, W. Handro and E.I.S. Floh.
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development of Araucaria angustifolia. Biologia Plantarum 52
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



Ye et al. Rice 2012, 5:1
http://www.thericejournal.com/content/5/1/1
REVIEW Open Access
ABA signal in rice under stress conditions
Nenghui Ye, Liguo Jia and Jianhua Zhang