A descoberta pode ajudar a proteger as colheitas de estressores

A descoberta pode ajudar a proteger as colheitas de estressores

As descobertas de Salk sobre um mecanismo genético chave na sinalização de hormônios vegetais podem ajudar a salvar as plantações do estresse e ajudar a combater a fome humana

LA JOLLA, CA—Cientistas do Salk Institute for Biological Studies descobriram uma mudança genética chave pela qual as plantas controlam sua resposta ao gás etileno, um hormônio vegetal natural mais conhecido por sua capacidade de amadurecer frutas, mas que, sob condições de estresse, pode causam folhas murchas, envelhecimento prematuro e deterioração por amadurecimento excessivo. As descobertas, publicadas em 30 de agosto na revista Science, podem ser a chave para manipular o interruptor de ligar/desligar o etileno das plantas, permitindo que elas equilibrem entre resistência à seca e crescimento e, portanto, diminuam as perdas de safra devido às condições de seca.

“Em diferentes condições de estresse – inundação, seca, frio, ferimentos ou ataque de patógenos – o etileno diz às plantas para fazer ajustes a essas mudanças adversas”, diz o autor sênior do estudo José Ecker, um professor da Salk's Laboratório de Biologia Molecular e Celular Vegetal e Howard Hughes Medical Institute-Gordon e Betty Moore Foundation investigador. “Nosso estudo descobriu uma etapa fundamental em como as plantas 'cheiram' o gás etileno, o que pode levar a melhores maneiras de controlar esses processos nas plantas cultivadas.”

Esta imagem de células vegetais mostra EIN2 (vermelho), uma proteína que permite que as plantas controlem sua resposta ao gás etileno, concentrado no núcleo da planta (anelado em azul). Os cientistas da Salk descobriram como o EIN2 permite que as plantas respondam ao etileno, que é crucial no amadurecimento da fruta e em sua resposta ao estresse.

Imagem: Cortesia de Hong Qiao, Salk Insitute for Biological Studies

As plantas sentem – ou cheiram – o etileno, que desencadeia uma cascata de eventos em suas células. Sensores de etileno nas células enviam um sinal para o núcleo, o compartimento central que contém o DNA das células, que inicia programas genéticos para que a planta possa fazer mudanças de acordo com as condições que enfrenta. Cientistas, incluindo Ecker e sua equipe, identificaram as funções de vários reguladores-chave na via de sinalização do etileno, incluindo a proteína EIN2 (etileno insensível 2).

A proteína EIN2 está localizada no retículo endoplasmático, a parte da célula que facilita o transporte de proteínas dentro da célula, e desempenha um papel essencial na sinalização do etileno. A função da proteína, no entanto, permanece enigmática. Por meio de uma variedade de testes sofisticados, a equipe de Ecker descobriu um mecanismo pelo qual o processamento da proteína EIN2 no retículo endoplasmático e o movimento de moléculas de sinalização para o núcleo são necessários para ativar a resposta ao etileno.

Compreender o mecanismo pode levar a novos métodos para ajudar as plantas a prosperar em condições difíceis. As condições de estresse desencadeiam várias respostas negativas nas plantas, incluindo folhas murchas e enroladas, senescência prematura das folhas (envelhecimento), eficiência fotossintética reduzida, perda de clorofila, polinização deficiente e perda de flores, frutos e sementes.

A seca mais severa em 25 anos está afetando as plantações nos Estados Unidos, com o potencial de acabar com a renda dos agricultores e aumentar os preços dos alimentos. Pesquisadores de plantas estão estudando as condições de estresse para melhorar a produção agrícola, que se tornou mais urgente à medida que os agricultores de todo o mundo enfrentam problemas climáticos, como secas e temperaturas extremas. Reduzir a suscetibilidade das culturas a certos estressores pode permitir rendimentos mais altos durante as secas e possivelmente permitir que climas mais secos sustentem colheitas lucrativas e alimentem a crescente população mundial.

“Os produtores podem optar por pulverizar suas plantas com um inibidor de etileno”, diz Hong Qiao, pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Ecker e primeiro autor do artigo. “Isso impede que os receptores de etileno da planta sintam o cheiro do etileno, o que afeta o crescimento. Sem a via de resposta ao etileno, um tomate nunca amadureceria. Muito etileno e o tomate amadurece demais. Portanto, o conhecimento básico do mecanismo preciso pelo qual as plantas controlam a resposta ao gás etileno levará a melhores maneiras de controlar esses processos nas plantas cultivadas”.

Outros pesquisadores do estudo foram Shao-shan Carol Huang, Robert J. Schmitz e Mark A. Urich, do Salk Institute; e Zhouxin Shen e Steven P. Briggs da Universidade da Califórnia, San Diego.

O trabalho foi apoiado por doações da National Science Foundation, Instituto Médico Howard Hughes e Gordon e Betty Moore Foundation.

Sobre o Salk Institute for Biological Studies:
O Salk Institute for Biological Studies é uma das mais proeminentes instituições de pesquisa básica do mundo, onde professores de renome internacional investigam questões fundamentais das ciências da vida em um ambiente único, colaborativo e criativo. Com foco na descoberta e na orientação de futuras gerações de pesquisadores, os cientistas da Salk fazem contribuições inovadoras para nossa compreensão do câncer, envelhecimento, Alzheimer, diabetes e doenças infecciosas, estudando neurociência, genética, biologia celular e vegetal e disciplinas relacionadas.

As realizações do corpo docente foram reconhecidas com inúmeras honras, incluindo Prêmios Nobel e associações na Academia Nacional de Ciências. Fundado em 1960 pelo pioneiro da vacina contra a poliomielite Jonas Salk, MD, o Instituto é uma organização independente sem fins lucrativos e um marco arquitetônico.