A imitação de peptídeos é a forma mais sincera de lisonja vegetal

A imitação de peptídeos é a forma mais sincera de lisonja vegetal

Cientistas da Salk usam pequenos peptídeos para aumentar a simbiose entre plantas e fungos, oferecendo uma alternativa sustentável aos fertilizantes artificiais

LA JOLLA — Práticas agrícolas industriais frequentemente esgotam o solo de nutrientes e minerais importantes, obrigando os agricultores a depender de fertilizantes artificiais para o crescimento das plantas. De fato, o uso de fertilizantes mais que quadruplicou desde a década de 1960, mas isso traz consequências graves. A produção de fertilizantes consome enormes quantidades de energia e seu uso polui a água, o ar e a terra.

Biólogos vegetais do Instituto Salk estão propondo uma nova solução para ajudar a acabar com esse hábito insustentável de usar fertilizantes.

Em um novo estudo, os pesquisadores identificaram uma molécula-chave produzida pelas raízes das plantas, um pequeno peptídeo chamado CLE16, que estimula a interação entre plantas e fungos benéficos do solo. Eles afirmam que fortalecer essa relação simbiótica, na qual os fungos fornecem nutrientes minerais às plantas por meio da suplementação de CLE16, pode ser uma maneira mais natural e sustentável de estimular o crescimento das culturas sem o uso de fertilizantes artificiais nocivos.

Os resultados foram publicados em Anais da Academia Nacional de Ciências em abril 14, 2025.

“Muitas plantas evoluíram para se envolver em relações simbióticas com outras espécies, mas as técnicas de melhoramento industrial reduziram muitas características de simbiose em nossas plantações modernas e consolidaram sua dependência de fertilizantes químicos”, diz o autor sênior Lena Muller, professor assistente em Salk. “Ao restaurar a simbiose natural entre raízes de plantas e fungos, poderíamos ajudar as plantações a obter os nutrientes de que precisam sem o uso de fertilizantes nocivos.”

Nessa relação mutuamente benéfica, fungos micorrízicos arbusculares presentes no solo fornecem às plantas água e fósforo, que as aceitam em troca de moléculas de carbono. Essas trocas ocorrem por meio de gavinhas fúngicas simbióticas especializadas, chamadas arbúsculos, que se alojam nas células das raízes das plantas. Cerca de 80% das plantas podem trocar recursos com fungos dessa forma. No entanto, as características que sustentam essa simbiose foram enfraquecidas ao longo de séculos de melhoramento genético agrícola, que priorizava a criação de culturas com os maiores rendimentos.

Os cientistas do Salk dizem que novas variedades de culturas poderiam ser criadas para fortalecer novamente essas características - uma oportunidade que pretendem explorar por meio do Instituto Iniciativa de Aproveitamento de Plantas.

Para começar a descobrir e fortalecer essas características, o laboratório de Mueller começou cultivando uma espécie de fungo micorrízico arbuscular junto com Medicago truncatula, uma pequena leguminosa mediterrânea. Depois que as duas formaram uma relação simbiótica, os pesquisadores procuraram quais genes estavam sustentando essa interação.

As leguminosas começaram a expressar grandes quantidades de uma pequena molécula sinalizadora chamada CLE16 — um membro da família de peptídeos CLE. Essas pequenas moléculas sinalizadoras estão presentes em muitas espécies de plantas, mas têm sido relativamente pouco estudadas. Até a CLE16, os únicos peptídeos CLE de plantas que os cientistas conheciam tinha estudados estavam trabalhando contra a simbiose.

“Encontramos o primeiro peptídeo CLE vegetal que realmente favorece e promove a simbiose”, afirma o primeiro autor, Sagar Bashyal, aluno de pós-graduação no laboratório de Mueller. “É realmente empolgante, do ponto de vista científico, obter uma visão tão surpreendente sobre esses peptídeos. É um grande passo para alcançar relações sustentáveis entre plantas e fungos em campo.”

Para confirmar que o CLE16 estava promovendo a relação simbiótica, Bashyal adicionou excesso de CLE16 ao solo para observar o que aconteceria. A dose extra de CLE16 fez com que os arbúsculos fúngicos se tornassem mais robustos e vivessem mais, aumentando, em última análise, a abundância dessas estruturas de troca de nutrientes nas raízes. O resultado foi um sinal pró-simbiose autoamplificado: quanto mais o fungo benéfico se expandia dentro das raízes, mais CLE16 era produzido pela planta, o que promovia ainda mais colonização fúngica.

A equipe então realizou uma série de experimentos para entender como o CLE16 estava estimulando essa interação entre plantas e fungos benéficos. Suas descobertas revelaram que o CLE16 promove a simbiose por meio da proteína de sinalização CORYNE (CRN), um componente do complexo receptor CLAVATA conhecido por seu papel nas respostas das plantas ao ambiente.

À medida que a planta fica estressada, ela entra em um estado imunológico intensificado para se proteger de quaisquer ameaças futuras. No entanto, isso também torna a planta inadvertidamente menos receptiva aos fungos circundantes. Mueller prevê que, quando o CLE16 se liga ao complexo receptor CRN-CLAVATA, isso reduz os níveis de estresse e a reatividade imunológica das plantas, permitindo que o fungo benéfico penetre nas raízes da planta e inicie a troca de nutrientes.

É importante destacar que a equipe de Mueller demonstrou que muitos fungos micorrízicos arbusculares também produzem seus próprios peptídeos semelhantes a CLE16, que tb promoveram a simbiose quando adicionados ao solo. Os pesquisadores acreditam que esses peptídeos fúngicos imitam os peptídeos CLE16 das próprias plantas, permitindo assim que o fungo benéfico amplifique a simbiose ao se ligar aos mesmos complexos de receptores CRN-CLAVATA da planta.

Com a validação de que tanto a suplementação com CLE16 vegetal quanto com peptídeo semelhante a CLE16 fúngico melhorou a simbiose, uma suplementação semelhante em terras agrícolas pode ser a solução para impulsionar o crescimento de redes fúngicas que beneficiam as plantações ano após ano.

Trabalhos futuros validarão se os peptídeos CLE16 ou imitadores de peptídeos semelhantes a CLE16 fúngicos também promovem simbiose em culturas importantes, como soja, milho ou trigo. Se isso acontecer, o aproveitamento dessas moléculas para substituir fertilizantes químicos poluentes e insustentáveis por fungos benéficos começará.

“Além de atuar como fertilizante biológico, os fungos micorrízicos arbusculares também adicionam uma camada de proteção natural às plantas, o que pode nos ajudar a reduzir o uso de pesticidas”, diz Mueller. “Se pudermos aproveitar fungos benéficos e outros micróbios para ajudar as plantas a estabelecer essas relações simbióticas, podemos tornar nossas plantações, campos e solos mais sustentáveis e saudáveis a longo prazo.”

O trabalho foi apoiado por fundos iniciais da Universidade de Miami e da Fundação Hess, bem como do Instituto Nacional de Alimentos e Agricultura do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos (2022-67013-42820).

DOI: 10.1073 / pnas.2422215122