Vernonia herbacea, Asteraceae, possui órgãos subterrâneos de reserva ramificados, os rizóforos, que acumulam frutanos do tipo inulina como carboidratos de reserva. Os frutanos são polímeros de frutose que são sintetizados pelas enzimas SST (sacarose: sacarose frutosiltransferase) e FFT (frutano:frutano frutosiltransferase) e despolimerizados pela FEH (frutano exohidrolase). Plantas desta espécie entram em dormência no final do outono, quando perdem os ramos aéreos e rebrotam na primavera seguinte; subseqüentemente ocorre a floração e o crescimento vegetativo no verão; ocorrem variações no teor e na composição dos frutanos durante o ciclo fenológico das plantas. O rizóforo apresenta crescimento geotrópico positivo, cujo ápice apresenta tecidos mais jovens em crescimento e a rebrota dos novos órgãos aéreos se dá pelo desenvolvimento das gemas situadas na região proximal do rizóforo, localizada próximo à superfície do solo. Considerando estas variações este trabalho visou à análise da distribuição espacial das atividades da SST, FFT, Invertase e FEH, bem do teor e composição dos frutanos nas regiões proximal, mediana e distal dos rizóforos de plantas de Vernonia herbacea, em diferentes fases de desenvolvimento e em plantas induzidas à brotação pela remoção dos órgãos aéreos. Também foram analisados esses parâmetros em plantas na fase vegetativa com os órgãos aéreos intactos ou excisados, mantidas em condições ambientais naturais ou em baixa temperatura. De maneira geral, as enzimas SST e FFT apresentaram atividades mais elevadas em plantas na fase vegetativa, enquanto a FEH apresentou atividade mais elevada em plantas na fase de brotação natural ou induzida e nos tratamentos sob baixa temperatura. Com relação à distribuição espacial das atividades enzimáticas, a SST e FFT apresentaram atividade mais elevada na região distal, que diminuiu no sentido proximal dos rizóforos. A FEH por sua vez apresentou atividade mais elevada na região proximal, diminuindo no sentido distal. Em geral, o conteúdo de fruto-oligossacarídeos foi mais elevado na região distal e diminuiu em direção à região proximal dos rizóforos. Os tratamentos com baixa temperatura levaram a uma maior proporção de frutooligossacarídeos, enquanto nas plantas induzidas à brotação, a proporção de fruto-polissacarídeos foi superior. Os menores valores de grau de polimerização médio (GP) das cadeias de frutanos foram detectados na região distal, sugerindo que as cadeias de frutanos nesses tecidos não apresentam o GP característico da espécie. Valores elevados de GP foram detectados na região proximal, e valores mais elevados ainda, em plantas na fase de brotação e sob baixa temperatura, coincidindo com atividades mais elevadas de FEH. Estes resultados sugerem que o mecanismo de ação da FEH em V. herbacea seja do tipo "single chain", pelo qual uma molécula da enzima se liga à cadeia de frutano degradando-a até a molécula de sacarose. Os experimentos realizados possibilitaram algumas deduções a respeito do mecanismo de ação das enzimas envolvidas no metabolismo de frutanos, e um maior conhecimento sobre a dinâmica de variação temporal e espacial destes carboidratos, em diferentes fases de desenvolvimento das plantas e em condições adversas ao desenvolvimento vegetal. / Vernonia herbacea, Asteraceae, bears branched underground reserve organs, rhizophores, that accumulate inulin-type fructans as reserve carbohydrates. Fructans are fructose polymers, that are synthesized by SST (sucrose: sucrose fructosyltransferase) and FFT (fructan:fructan frutosyltransferase) and mobilized by FEH (fructan exohydrolase). Plants of this species enter dormancy at the end of autumn, with senescence and abscission of the aerial organs and sprout in the following spring; flowering occurs subsequently followed by a period of vegetative growth in the summer. The concentration and composition of fructans vary during the phenological cycle of the plants. Considering this variation in fructans, and the positive geotropic growth of the rhizophores, with the apex presenting younger tissues (distal region) and the resprouting of the new aerial organs occurring in the opposite end of the organ (proximal region), close to the soil surface, the aim of this work was to analyze the spatial distribution of fructans and fructan metabolizing enzymes in the different regions of the rhizophores (distal, median and proximal) in plants of Vernonia herbacea in different developmental phases and plants induced to sprouting by the excision of the aerial organs. These parameters were also analyzed in intact plants in the vegetative phase and in excised plants, kept in natural environmental conditions or in low temperature. In general SST and FFT presented higher activities in plants in the vegetative phase, while FEH presented higher activity during sprouting, either under natural or induced sprouting and in plants under low temperature. Concerning the spatial distribution of the enzyme activities, SST and FFT presented higher activity in the distal region, decreasing towards the proximal region of the rhizophores. The FEH, on the other hand, presented higher activity in the proximal region, decreasing towards the distal region. In general, the content of fructo-oligosaccharides in the phenological phases studied was higher in the distal region and decreased towards the proximal region of the rhizophores. Low temperature led to a higher proportion of fructo-oligosaccharides, while in plants induced to sprouting the proportion of fructo-polysaccharides was higher. The lower values of average degree of polymerization (DP) of fructans chains were detected in the distal region. This indicates that fructan chain length in younger tissues is shorter then that characteristic of the species. Higher values of mean DP were detected in the proximal region and even higher DP was detected in this region in sprouting plants and in plants under low temperature, coinciding with the higher FEH activity detected in these conditions. These results suggest a mechanism of action for the FEH in V. herbacea of the "single chain" type, in which a molecule of the enzyme binds to the fructan chain degrading it completely before binding to the next fructan molecule. These studies allowed us to draw several conclusions regarding the mechanism of action of enzymes involved in the metabolism of fructans in Vernonia herbacea and regarding the dynamics of distribution of these carbohydrates and the related enzymes in different phases of development and in adverse conditions for plant development.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-09092005-155903 |
| Date | 25 August 2005 |
| Creators | Portes, Maria Teresa |
| Contributors | Carvalho, Maria Angela Machado de |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | Dissertação de Mestrado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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