REATIVAÇÃO DO METABOLISMO
As sementes germinam quando as condições para o crescimento são favoráveis e elas não apresentam algum tipo de dormência. Obviamente, a primeira exigência para a germinação é a água. Além disso, a germinação ocorre em determinada faixa de temperatura. Existem temperaturas mais apropriadas para a germinação, assim como temperaturas limitantes, dependendo da espécie (Labouriau, 1983; Baskin e Baskin, 1998).
As sementes podem também requerer luz e nutrientes para que a germinação seja bem sucedida. Fica claro que a exigência de um conjunto específico de condições para a germinação está relacionada às características particulares de cada espécie. Há espécies que crescem sob um dossel ou cobertura vegetal espessa e geralmente não requerem muita luz para germinar. Ao contrário, espécies que requerem luz para o crescimento desenvolvem-se frequentemente em clareiras, locais abertos sem cobertura vegetal sobreposta, exigindo quantidades relativamente maiores de luz para que ocorra a germinação.
Dessa maneira, as sementes podem detectar a presença de concorrentes potenciais. De modo semelhante, elas são capazes de perceber plantas vizinhas, visto que estas podem ter utilizado determinados nutrientes no solo, que são requeridos para a germinação. Com esses mecanismos, as espécies reduzem a probabilidade de competição e aumentam a de sobrevivência (Baskin e Baskin, 1998).
Controle da germinação
Os sinais do ambiente são traduzidos em sinais internos na semente, que assim inicia o processo de germinação. Os sinais externos (ambientais) percebidos pela semente desencadeiam sinais internos em nível molecular, que podem induzir a ativação ou a inativação de compostos ou reações metabólicas diversas.
As giberelinas (GAs), entre estas o ácido giberélico, constituem uma classe de hormônios vegetais (fitormônios) envolvidos na iniciação do crescimento. Sementes percebem sinais ambientais específicos que induzem a síntese e a ativação de GAs, que, por sua vez, induzem a síntese ou a ativação das enzimas hidrolíticas ou hidrolases, responsáveis pela degradação das paredes de células do endosperma, entre outros efeitos no metabolismo. GAs podem também estar envolvidas no aumento do potencial de crescimento embrionário e na degradação de reserva da semente. No tomate, a expressão de enzimas hidrolíticas acontece principalmente na região da cápsula do endosperma que reveste a ponta da radícula, levando à degradação de reservas e ao conseqüente enfraquecimento ou afrouxamento dessa região do endosperma, de modo a permitir a protrusão da radícula (Figura 9.7, Quadro 9.1; Bewley 1997; Bradford et al., 2000).
Em geral, a inibição da síntese de GAs em sementes por determinados compostos químicos inibe a germinação. O fitormônio ácido abscisico (ABA) tem efeito inibidor sobre a germinação. O ABA não impede o enfraquecimento do endosperma em sementes intactas, mesmo inibindo a expressão de algumas enzimas hidrolíticas (Wu et al., 2001). Parece que, enquanto as GAs estimulam a germinação, induzindo o enfraquecimento do endosperma, o ABA inibe a germinação por meio de outro processo qualquer, ainda não completamente elucidado (Nambara e Marion-Poll, 2003).
Resultados recentes indicam que as GA’s reduzem a expressão e a ação de certos genes e proteínas que bloqueiam o crescimento e a germinação (Fu et al., 2002). Mesmo quando embebidas e hidratadas, algumas enzimas hidrolíticas essenciais são inibidas em sementes dormentes (ou em sementes que tenham sido expostas a condições naturais ou artificiais de indução de dormência), por exemplo, quando expostas à luz vermelho-distante (Tabela 1).
Tabela: Algumas enzimas cujos genes foram clonados de sementes de tomate durante a embebição, antes da protrusão da radícula, estão listados à esquerda, junto ao correspondente DNAcomplementar (cDNA). Se conhecida, é indicada a localização do tecido de expressão do gene (CAP, cápsula do endosperma: LAT, endosperma lateral: RE, radícula do embrião; RSE, restante da semente). Se conhecidos, são indicados também os efeitos qualitativos de GAs, ABA, potencial hidrico baixo (Baixo Y, pouco negativo), luz vermelho-distante (VF) e dormência primária. Símbolos indicam: (+) promove a expressão: (o) nenhum efeito sobre a expressão: (-) inibe a expressão: (espaço em branco) informação indisponível.
TABELA 1: Regulação da expressão gênica x enzimas
Regulação da expressão gênica | |||||||
Enzima | cDNA | Localização de tecido | GA | ABA | Baixo Y | VE | Dormência |
Eno-b-mananase | LeMAN2LeMAN1 | CAP, LAT | + | o | – | o | – |
Celulase | Cel55 | CAP, RE, RSE | + | o | – | – | – |
Poligalacturonase | LeXPG1 | CAP, RE | + | o | – | – | |
Arabinosidase | LeARA1 | CAP, LAT | + | o | – | – | |
Expansina | LeEXP4 | CAP | + | o | – | – |
Reativação da respiração
Os primeiros sinais de reativação do metabolismo do embrião aparecem com o aumento na taxa respiratória. A entrada de oxigênio corre paralelamente como entrada de água e estabiliza quando a entrada de água diminui na fase II. O incremento da atividade respiratória sugere que ao menos uma parte do sistema de enzimas mitocôndriais são pré-existentes nas mitocôndrias dos embriões. Um experimento clássico com sementes de alface mostra que a formação de ATP ocorre em 30 minutos de embebição, caindo imediatamente quando as sementes, quano, após esse período, as sementes são colocadas numa atmosfera de nitrogênio. Isto indica que a molécula de ATP é sintetizada de novo, isto é, não permanece na semente após desligada da planta-mãe.
Existem evidências de que o ATP, no início da germinação é gerado através da fosforilação oxidativa. Apesar de uma rápida produção de ATP, o suprimento de energia das células geralmente não é suficiente . Aparentemente algum tempo é requerido para reativar ou sintetizar todas as enzimas necessárias ao funcionamento normal do sistema.
O substrato para o início do processos respiratórios são provavelmente uma pequena fração de componentes com baixo peso molecular, que estão presentes nas sementes junto com o material de reserva, já que a mobilização das reservas não inicia antes da fase III de embebição.
O coeficiente respiratório (RQ = CO2/O2) fornece informação sobre a natureza do substrato que está sendo respirado. Em sementes grandes o valor de RQ, inicialmente apresenta-se maior que 1. Isto é um indicativo de fermentação que ocorre porque o oxigênio não está ainda presente em todas as partes da semente. O valor de RQ volta a cair quando a testa é rompida. Aparentemente a testa age como uma barreira para a difusão de oxigênio para os tecidos vivos. Quando a germinação visível demora muito, os produtos da fermentação (álcool) podem influenciar negativamente a qualidade das sementes. A inibição da difusão de oxigênio pode ser causada por:
(a) A presença de camada de mucilagem;
(b) Consumo ativo de oxigênio pela testa (ex. por peroxidase);
(c) consumo de oxigênio por microrganismos na testa.
Iniciação do ciclo celular e crescimento o embrião
O alongamento da radícula embrionária dentro da semente ocorre, em geral, por alongamento ou expansão das células, seguido pela diferenciação e pelo crescimento da plântula, como resultado tanto de expansão como de divisão celular. Entretanto, geralmente a preparação para a divisão celular ocorre bem antes que a protrusão da radícula, visto que requer a iniciação do ciclo celular (De Castro et al., 1995).
Por sua vez, a iniciação do ciclo celular é dependente de nova síntese de ácidos nucléicos (DNA e RNA’s) bem como a de proteínas e enzimas que são essenciais à reativação celular. A demanda energética para a iniciação da síntese de DNA, RNA e proteínas para o crescimento é dependente da reativação da atividade respiratória do embrião, que, conforme visto anteriormente, se dá de maneira rápida após o início da embebição.
A rápida reativação da atividade respiratória durante a embebição mostra que as enzimas mitocôndriais e citoplasmáticas envolvidas na respiração sobreviveram, pelo menos em parte, ao período de dessecamento pelo qual a semente passou e foram simplesmente reativadas pela hidratação.
Entretanto, esta reativação tem sido seguida por rápida síntese de novo das enzimas que são envolvidas na germinação. Inicialmente, a síntese de proteínas depende do mRNA que foi formado durante o desenvolvimento e permaneceu no período seco, embora, substancial parte das enzimas da germinação, sejam sintetizadas através de mRNA que são formados durante a fase II da embebição.
Por sua vez, a síntese de DNA não começa antes do início do crescimento do embrião e divisão celular visível. Os processos metabólicos da fase de indução serve para propósitos diferentes. Assim, o suprimento primário de energia vem através da glicólise, ciclo do ácido cítrico e cadeia transportadora de elétrons, visando a produção de ATP. Além disso, as sementes podem ter a via das pentoses fosfato ativa, a qual é especialmente usada para formação de NADPH, que facilita todo tipo de rotas de biosíntese, e neste caso, especialmente a formação das pentoses como precursores de ácidos nucléicos.
Neste momento então, de retomada do ciclo celular, uma parte dos processos biosintéticos visa a reparação de danos causados durante o período seco ou de dormência, principalmente com relação a recuperação de membranas, material genético e proteínas. Após todos os processos metabólicos e sintéticos iniciados, a indução do crescimento começa.
Atualmente, a natureza das reações que levam ao crescimento são desconhecidas. Sabe-se, no entanto, que a primeira fase do crescimento consiste principalmente da expansão celular (aumento em volume), pode-se portanto antecipar que estas reações envolvem o aumento na plasticidade da parede celular. Num segundo estádio do crescimento ocorre a expansão celular junto a retomada do processo de divisão celular, marcando o aumento em massa seca do eixo embrionário.
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