Pesquisa alcança a planta que mais cresce no mundo

Pesquisa alcança a planta que mais cresce no mundo

Os pesquisadores da Salk descobrem que a planta aquática em miniatura fornece informações sobre os princípios de design do genoma que podem permitir o desenvolvimento de culturas da próxima geração.

LA JOLLA -wolffia, também conhecida como lentilha-d'água, é a planta de crescimento mais rápido conhecida, mas a genética por trás do sucesso dessa estranha plantinha tem sido um mistério para os cientistas. Agora, graças aos avanços no sequenciamento do genoma, os pesquisadores estão aprendendo o que torna essa planta única – e, no processo, descobrindo alguns princípios fundamentais da biologia e do crescimento das plantas.

Um esforço multi-investigador liderado por cientistas do Salk Institute está relatando novas descobertas sobre o genoma da planta que explicam como ela é capaz de crescer tão rápido. A pesquisa, publicada na edição de fevereiro de 2021 da Pesquisa Genômica, ajudará os cientistas a entender como as plantas fazem concessões entre crescimento e outras funções, como criar raízes e se defender de pragas. Esta pesquisa tem implicações para a concepção de plantas totalmente novas que são otimizadas para funções específicas, como aumento do armazenamento de carbono para ajudar a lidar com as mudanças climáticas.

“Muitos avanços na ciência foram feitos graças a organismos realmente simples, como leveduras, bactérias e vermes”, diz Todd Michael, primeiro autor do artigo e professor pesquisador no Laboratório de Biologia Molecular e Celular de Salk. “A ideia aqui é que podemos usar uma planta absolutamente mínima como wolffia entender o funcionamento fundamental do que faz de uma planta uma planta.”

Lobofia, que é encontrado crescendo em água doce em todos os continentes, exceto na Antártida, parece com minúsculas sementes verdes flutuantes, com cada planta apenas do tamanho de uma cabeça de alfinete. Não tem raízes e apenas uma única estrutura de caule-folha fundida chamada de folhagem. Reproduz-se semelhante ao fermento, quando uma planta filha brota da mãe. Com um tempo de duplicação de apenas um dia, alguns especialistas acreditam wolffia poderia se tornar uma importante fonte de proteína para alimentar a crescente população da Terra. (Já é consumido em partes do Sudeste Asiático, onde é conhecido como khai-nam, que se traduz como “ovos de água”.)

Para entender quais adaptações em wolffiaDevido ao rápido crescimento do genoma, os pesquisadores cultivaram as plantas sob ciclos claro/escuro e depois as analisaram para determinar quais genes estavam ativos em diferentes momentos do dia. (O crescimento da maioria das plantas é regulado pelo ciclo claro e escuro, com a maior parte do crescimento ocorrendo pela manhã.)

"Surpreendentemente, wolffia tem apenas metade do número de genes que são regulados por ciclos claro/escuro em comparação com outras plantas”, diz Michael. “Achamos que é por isso que cresce tão rápido. Não tem os regulamentos que limitam quando pode crescer.”

Os pesquisadores também descobriram que genes associados a outros elementos importantes do comportamento das plantas, como mecanismos de defesa e crescimento radicular, não estão presentes. “Esta planta eliminou a maioria dos genes de que não precisa”, acrescenta Michael. “Parece ter evoluído para se concentrar apenas no crescimento rápido e descontrolado.”

“Dados sobre o wolffia genoma pode fornecer informações importantes sobre a interação entre como as plantas desenvolvem seu plano corporal e como elas crescem”, disse o investigador e professor do HHMI José Ecker, que também é diretor do Laboratório de Análise Genômica de Salk e coautor do artigo. “Esta planta promete se tornar um novo modelo de laboratório para estudar as características centrais do comportamento vegetal, incluindo como os genes contribuem para diferentes atividades biológicas”.

Um dos focos do laboratório de Michael é aprender como desenvolver novas plantas desde o início, para que possam ser otimizadas para determinados comportamentos. O estudo atual expande o conhecimento da biologia vegetal básica, bem como oferece o potencial para melhorar as colheitas e a agricultura. Ao tornar as plantas mais capazes de armazenar carbono da atmosfera em suas raízes, uma abordagem pioneira da Salk's Iniciativa de Aproveitamento de Plantas, os cientistas podem otimizar as plantas para ajudar a lidar com a ameaça da mudança climática.

Michael planeja continuar estudando wolffia para aprender mais sobre a arquitetura genômica do desenvolvimento da planta usando esta planta simplificada para entender as redes que controlam o destino.

Outros autores do estudo foram Nolan Hartwick, Florian Jupe e Justin P. Sandoval de Salk; Evan Ernst e Robert A. Martienssen do Cold Spring Harbor Laboratory; Philomena Chu, Sarah Gilbert e Eric Lam, da Rutgers, Universidade Estadual de Nova Jersey; Douglas Bryant e Todd C. Mockler do Donald Danforth Plant Science Center; Stefan Ortleb, Joerg Fuchs e Ljudmylla Borisjuk, do Instituto Leibniz de Genética Vegetal e Pesquisa de Plantas Culturais na Alemanha; Erin L. Baggs e Ksenia V. Krasileva da Universidade da Califórnia, Berkeley; K. Sowjanya Sree da Universidade Central de Kerala, na Índia; e Klaus J. Appenroth da Universidade Friedrich Schiller de Jena, na Alemanha.

Este trabalho foi financiado pelo programa de pesquisa do Departamento de Energia, Office of Science, Office of Biological and Environmental Research dos EUA. Também foi apoiado por uma doação do projeto Hatch da Estação Experimental Agrícola de Nova Jersey na Rutgers University e do Howard Hughes Medical Institute.

DOI: 10.1101 / gr.266429.120