Ensinar as bases metabólicas e moleculares das respostas ao stresse; Ensinar a integrar as respostas observadas a diferentes níveis de organização da matéria viva: molecular, celular e organismal. Os estudantes devem adquirir capacidade para (1) Compreender os mecanismos fisiológicos e moleculares comuns a diferentes stresses (2) Compreender os mecanismos metabólicos e moleculares específicos para determinadas classes de stresse (3) Compreender a integração entre respostas moleculares, respostas celulares e respostas organismais (4) Aplicar técnicas laboratoriais ao estudo das respostas ao stresse (5) Aplicar técnicas laboratoriais de estudo integrado de resposta aos stresses; (6) Compreender a terminologia da literatura especializada.

O programa de Fisiologia Molecular do Stress incide na componente molecular do estudo do stress e na assunção do stress oxidativo (um fenómeno horizontal a todos os organismos vivos) como modelo, limitando ao nível organismal a integração dos fenómenos moleculares e celulares. Na componente prática, será exclusivamente utilizada A. thaliana como modelo experimental, mas parte das técnicas e dos problemas estudados serão extrapoláveis para sistemas animais e microbianos.

Programa detalhado:

- O micro-edafo-clima: caracterização sumária dos principais fatores abióticos e bióticos. Condições óptimas e sub-óptimas: noção de stresse. Conceitos de tolerância, resistência, adaptação e aclimatação. Stresses bióticos e abióticos, naturais e antropogénicos.

- Fenómenos horizontais: o stresse oxidativo como resposta ubíqua. Mecanismos mitocondriais de stressee oxidativo. Formação e eliminação de ROS: Superóxido dismutase; Ciclo ascorbato/glutationa; Peroxidase de glutationa; Sistema tioredoxina/tioredoxina redutase; Peroxiredoxina. Oxidações mitocondriais: DNA; Lípidos e ácidos gordos; Membranas; Proteínas. Mecanismos cloroplastidiais de stresse oxidativo.

- Stresses luminosos (fotoinibição e deficiência luminosa): respostas moleculares, celulares e fisiológicas. Stresse hídrico (deficit hídrico e alagamento/anoxia). Respostas moleculares: alterações na expressão genética; proteínas LEA (late embryogenesis abundant); vias de sinalização independentes e dependentes do ABA. Respostas celulares: ABA e encerramento estomático; ajuste osmótico. Respostas fisiológicas: decréscimo na taxa de expansão celular; estimulo do crescimento radicular; limitações à fotossíntese. Impactes económicos na agricultura. A engenharia genética de plantas resistentes à seca. Organismos poiquilohídricos. Desertificação e agricultura em sistemas áridos. Perspetivas nacionais e internacionais de gestão dos recursos hídricos.

- Stresse térmico (choque de calor, baixas temperaturas e congelação): respostas fisiológicas, celulares e moleculares. Impactos económicos na produção vegetal.

- Stresse salino. Stresses nutritivos (deficiências nutritivas, toxicidade, stresse salino); a toxicidade por metais pesados. Aspetos fisiológicos, celulares e moleculares.

- Resposta apoptótica (morte celular programada - PCD) ao stresse. Tipos de morte celular em situações de stresse. Necrose. Apoptose e outras formas de morte celular programada; marcas identificadoras de PCD; a formação de aerênquima como exemplo de PCD. Efeitos de poluentes; Stresses mecânicos e morte celular; Stresse de temperatura (aspetos gerais); Iões tóxicos.   

- Principais stresses bióticos e efectores bióticos positivos: respostas fisiológicas, celulares e moleculares. . Resposta apoptótica ao stresse biótico. A apoptose na resposta ao ataque por agentes patogénicos. Fitotoxinas indutoras de PCD. Mecanismos de resistência à doença em plantas: produção de fitoalexinas; resposta hipersensitiva (HR); interação genética; burst oxidativo; Óxido nitroso. Sinalização da morte celular: Ca2+; Proteases; cinases; hormonas e sinalizadores (etileno, acido salicílico (SA), ácido jasmónico (JA). Interacção e integração das vias de sinalização.

Determinação de índices de dano membranar. Detecção de produtos da peroxidação lipídica (MDA). Medição de espécies reactivas de oxigénio: peróxido de hidrogénio e radical ião superóxido. Expressão de genes de resposta ao stresse. Determinação de MEUVAC (methanol extracted ultra-violet active compounds), Medição psicrométrica do potencial hídrico: construção de curvas pressão/volume. Fluorescência modulada: determinação do rendimento fotoquímico máximo e do rendimento fotoquímico efectivo do PSII e análise de “quenching”. Medição da fase rápida da curva de Kautsky como indicador precoce de stresse. Análise de imagem digital: aplicações em fisiologia do stresse.

Hirt, H. (2009). Plant Stress Biology: From Genomics to Systems Biology. Wiley-VCH, Weinheim.

Inzé, D. & Van Montagu, M. (eds.) (2002). Oxidative stress in plants. Taylor & Francis, London.

Rao, K., Raghavendra, A. & Reddy, K. (2006). Physiology and molecular biology of stress tolerance in plants. Springer, Dordrecht.

Avaliação formativa: relatórios, em grupo, das aulas práticas.

Avaliação sumativa: Exame final escrito, integrando a componente teórica e a prática. 

Avaliação opcional: 1 trabalho de revisão sumário sobre um tema de fisiologia molecular do stresse