Condutores moleculares ajudam as plantas a responder à seca

Condutores moleculares ajudam as plantas a responder à seca

Cientistas da Salk encontram atores-chave na resposta complexa das plantas ao estresse, oferecendo pistas para lidar com condições mais secas

LA JOLLA—Podemos dizer quando as plantas precisam de água: suas folhas caem e começam a parecer secas. Mas o que está acontecendo em um nível molecular?

Cientistas do Salk Institute deram um passo à frente para responder a essa pergunta, que pode ser fundamental para ajudar a agricultura a se adaptar à seca e a outros estressores relacionados ao clima.

A nova pesquisa sugere que, diante das dificuldades ambientais, as plantas empregam um pequeno grupo de proteínas que atuam como condutores para gerenciar suas respostas complexas ao estresse. Os resultados, detalhados na edição de 3 de novembro da Ciência, pode auxiliar no desenvolvimento de novas tecnologias para otimizar o uso da água nas plantas.

“A resposta de uma planta a um estressor é um processo altamente complexo no nível molecular, com centenas de genes envolvidos”, diz o autor sênior José Ecker, investigador do Instituto Médico Howard Hughes, professor e diretor do Laboratório de Análise Genômica de Salk e titular da cadeira do Conselho Internacional Salk em Genética. “Descobrimos os principais condutores dessa sinfonia molecular, que podem oferecer pistas para ajudar as plantas a tolerar melhor os estressores, como a seca diante das mudanças climáticas. Se você pode controlar um desses condutores, você controla todos os genes que o seguem”.

Quão bem uma planta responde ao estresse pode determinar se ela sobrevive e prospera ou sucumbe a uma ameaça. Assim como os humanos têm hormônios como a adrenalina que nos ajudam a lidar com as ameaças, as plantas têm alguns hormônios importantes que lhes permitem responder aos estressores em seu ambiente. Um deles é o ácido abscísico (ABA), um hormônio vegetal envolvido no desenvolvimento de sementes e na otimização da água.

Quando a água é escassa ou a salinidade é alta, raízes e folhas produzem ABA. Embora se entenda que o hormônio afeta a resposta ao estresse de uma planta, os cientistas sabem muito pouco sobre o que acontece globalmente depois que ele é liberado.

“Apenas algumas dezenas de proteínas regulatórias determinam a expressão de centenas, senão milhares de genes”, diz Liang Song, pesquisador associado do Laboratório de Biologia Vegetal de Salk e primeiro autor do artigo. “Ao entender o que são esses reguladores mestres e como eles funcionam, podemos entender melhor e potencialmente modular a resposta ao estresse”.

Em seu estudo, a equipe de Salk rastreou mudanças em tempo real na atividade genética das plantas em resposta ao ABA e identificou um punhado dessas proteínas mestras que governam as respostas a uma ampla gama de estressores externos, incluindo a seca. Usando uma técnica que mapeia onde essas proteínas reguladoras se ligam ao DNA, a equipe definiu fatores-chave que coordenam a expressão gênica, permitindo uma resposta celular eficiente às condições em mudança.

A equipe de Salk concentrou-se em proteínas reguladoras candidatas conhecidas por responder ao ABA. Eles expuseram mudas de 3 dias da planta de referência Arabidopsis thaliana ao ácido abscísico e expressão gênica verificada em pontos de tempo regulares durante 60 horas.

No processo, eles acumularam 122 conjuntos de dados envolvendo 33,602 genes, 3,061 dos quais foram expressos em níveis diferentes por pelo menos um ponto no tempo. A análise dos dados revelou uma hierarquia de controle, com algumas proteínas reguladoras classificadas como principais contribuintes para a expressão gênica. Curiosamente, um instantâneo dos padrões de ligação de proteínas em um determinado ponto do tempo pode explicar amplamente a expressão gênica em um grande período de tempo. Juntas, essas dinâmicas sugerem uma resposta coordenada em todo o genoma aos gatilhos ambientais.

“Com essa visão de rede, podemos ver que alguns desses componentes são direcionados pelas mesmas proteínas reguladoras mestres, o que sugere um controle genético preciso e coordenado”, diz Song. “Isso pode ser importante para fins agrícolas porque a regulação de um gene pode, por sua vez, estimular ou suprimir outro conjunto de genes, permitindo um design abrangente de intervenções”.

Os resultados refletem os de um estudo de 2013 do laboratório Ecker sobre o hormônio vegetal etileno, sugerindo que esse controle coordenado e hierárquico da atividade genética pode ser comum às plantas com flores.

Outros autores do artigo incluem: Shao-shan Carol Huang, Rosa Castanon, Joseph R. Nery, Huaming Chen, Marina Watanabe e Jerushah Thomas do Salk Institute; e Aaron Wise e Ziv Bar-Joseph de Carnegie Mellon University.

A obra foi financiada pela Instituto Médico Howard Hughes, Gordon e Betty Moore Foundation (GBMF 3034), o National Science Foundation (MCB-1024999 e DBI-1356505), o National Institutes of Health (U01 HL122626-01) e por uma bolsa de pós-doutorado Salk Pioneer. A música também é apoiada por um prêmio Salk Women & Science.