Como a luz e a temperatura trabalham juntas para afetar o crescimento das plantas

Como a luz e a temperatura trabalham juntas para afetar o crescimento das plantas

As descobertas podem ajudar os cientistas a desenvolver plantas mais resistentes para ajudar a resistir às mudanças climáticas

LA JOLLA—As plantas se alongam e dobram para garantir o acesso à luz solar. Apesar de observar esse fenômeno há séculos, os cientistas não o compreendem completamente. Agora, os cientistas da Salk descobriram que dois fatores da planta - a proteína PIF7 e o hormônio do crescimento auxina - são os gatilhos que aceleram o crescimento quando as plantas são sombreadas pelo dossel e expostas a temperaturas quentes ao mesmo tempo.

Os resultados, publicados na Natureza das Comunicações em 29 de agosto de 2022, ajudará os cientistas a prever como as plantas responderão às mudanças climáticas - e aumentarão a produtividade das culturas, apesar do aumento da temperatura global que prejudica o rendimento.

“No momento, cultivamos em certas densidades, mas nossas descobertas indicam que precisaremos diminuir essas densidades para otimizar o crescimento à medida que nosso clima muda”, diz o autor sênior Professor Joanne chory, diretor do Laboratório de Biologia Molecular e Celular de Salk e investigador do Howard Hughes Medical Institute. “Entender a base molecular de como as plantas respondem à luz e à temperatura nos permitirá ajustar a densidade da cultura de uma maneira específica que leva aos melhores rendimentos”.

Durante a brotação, as mudas alongam rapidamente seus caules para romper a cobertura do solo e capturar a luz solar o mais rápido possível. Normalmente, o caule desacelera seu crescimento após a exposição à luz solar. Mas o caule pode se alongar rapidamente novamente se a planta estiver competindo com as plantas vizinhas pela luz solar ou em resposta a temperaturas quentes para aumentar a distância entre o solo quente e as folhas da planta. Embora ambas as condições ambientais - sombra do dossel e temperaturas quentes - induzam o crescimento do caule, elas também reduzem o rendimento.

Neste estudo, os cientistas compararam as plantas que crescem na sombra do dossel e em temperaturas quentes ao mesmo tempo – uma condição que imita a alta densidade de cultivo e as mudanças climáticas. Os cientistas usaram a planta modelo Arabidopsis thaliana, assim como o tomate e um parente próximo do tabaco, porque eles estavam interessados ​​em ver se todas as três espécies de plantas eram afetadas de maneira semelhante por essa condição ambiental.

Nas três espécies, a equipe descobriu que as plantas cresciam extremamente altas ao tentar evitar a sombra criada pelas plantas vizinhas e serem expostas a temperaturas mais altas. Em um nível molecular, os pesquisadores descobriram que o fator de transcrição PIF7, uma proteína que ajuda a ativar e desativar os genes, era o fator dominante que impulsionava o crescimento rápido. Eles também descobriram que o hormônio do crescimento auxina aumentou quando as plantações detectaram plantas vizinhas, o que promoveu o crescimento em resposta a temperaturas mais altas simultâneas. Essa via sinérgica de PIF7-auxina permitiu que as plantas respondessem a seus ambientes e se adaptassem para buscar as melhores condições de crescimento.

Um fator de transcrição relacionado, PIF4, também estimulou o alongamento do caule durante temperaturas quentes. No entanto, quando a sombra e o aumento da temperatura foram combinados, esse fator deixou de desempenhar um papel importante.

“Ficamos surpresos ao descobrir que o PIF4 não desempenhou um papel importante porque estudos anteriores mostraram a importância desse fator em situações de crescimento relacionadas”, diz o primeiro autor Yogev Burko, pesquisador da equipe Salk e professor assistente da Organização de Pesquisa Agrícola do Instituto Volcani em Israel. “O fato de o PIF7 ser a força motriz dominante por trás do crescimento dessa planta foi uma verdadeira surpresa. Com esse novo conhecimento, esperamos ajustar essa resposta de crescimento em diferentes plantas cultivadas para ajudá-las a se adaptar às mudanças climáticas”.

Os pesquisadores acreditam que existe outro player, ainda a ser descoberto, que potencializa o efeito do PIF7 e da auxina. Eles esperam explorar esse fator desconhecido em estudos futuros. O laboratório de Burko também estudará como esse caminho pode ser otimizado em plantas cultivadas.

“As temperaturas globais estão aumentando, então precisamos de colheitas de alimentos que possam prosperar nessas novas condições”, diz Chory, que codirige a Salk's Harnessing Plants Initiative e detém a cátedra Howard H. e Maryam R. Newman em Biologia Vegetal. “Identificamos os principais fatores que regulam o crescimento das plantas durante temperaturas quentes, o que nos ajudará a desenvolver colheitas de melhor desempenho para alimentar as gerações futuras.”

Outros autores incluíram Björn Christopher Willige e Adam Seluzicki de Salk; Ondřej Novák da Universidade de Palacký e do Instituto de Botânica Experimental da Academia Tcheca de Ciências; e Karin Ljung da Universidade Sueca de Ciências Agrícolas.

O trabalho foi financiado pelos Institutos Nacionais de Saúde (5R35GM122604-05_05), Howard Hughes Medical Institute, Knut e Alice Wallenberg Foundation (KAW 2016.0341 e KAW 2016.0352), Agência Governamental Sueca para Sistemas de Inovação (VINNOVA 2016-00504), EMBO Fellowships ( ALTF 785-2013 e ALTF 1514-2012), BARD (FI-488-13), Human Frontier Science Program (LT000222/2013-L) e Salk's Pioneer Postdoctoral Endowment Fund.

DOI: 10.1038/s41467-022-32585-6