Identificado gene que ajudará a desenvolver plantas para combater as mudanças climáticas

Identificado gene que ajudará a desenvolver plantas para combater as mudanças climáticas

A descoberta da equipe Salk promoverá iniciativas para reduzir o carbono atmosférico por meio de plantas

LA JOLLA — Redes subterrâneas ocultas de raízes de plantas serpenteiam pela terra em busca de nutrientes e água, semelhantes a um verme em busca de comida. No entanto, os mecanismos genéticos e moleculares que governam quais partes das raízes do solo exploram permanecem amplamente desconhecidos. Agora, os pesquisadores do Salk Institute descobriram um gene que determina se as raízes crescem profundas ou rasas no solo.

Além disso, as descobertas, publicadas na Célula em 11 de julho de 2019, também permitirá que os pesquisadores desenvolvam plantas que podem ajudar a combater as mudanças climáticas como parte do Salk's Iniciativa de Aproveitamento de Plantas. A iniciativa visa cultivar plantas com raízes mais robustas e profundas que podem armazenar maiores quantidades de carbono subterrâneo por mais tempo para reduzir o CO₂ na atmosfera. A iniciativa Salk receberá mais de $ 35 milhões de mais de 10 indivíduos e organizações através do The Audacious Project para aprofundar este esforço.

“Estamos incrivelmente entusiasmados com esta primeira descoberta no caminho para a concretização dos objetivos da Harnessing Plants Initiative”, disse o professor associado Wolfgang Busch, autor sênior do artigo e membro do Laboratório de Biologia Molecular e Celular de Salk, bem como do Laboratório de Biologia Integrativa. “Reduzindo o CO atmosférico₂ altos níveis é um dos grandes desafios do nosso tempo, e pessoalmente é muito significativo para mim estar trabalhando em busca de uma solução.”

No novo trabalho, os pesquisadores usaram a planta modelo Thale agrião (Arabidopsis thaliana) para identificar genes e suas variantes que regulam o funcionamento da auxina, um hormônio que é um fator chave no controle da arquitetura do sistema radicular. Embora a auxina fosse conhecida por influenciar quase todos os aspectos do crescimento da planta, não se sabia quais fatores determinavam como ela afeta especificamente a arquitetura do sistema radicular.

“Para visualizar melhor o crescimento das raízes, desenvolvi e otimizei um novo método para estudar os sistemas radiculares das plantas no solo”, diz o primeiro autor Takehiko Ogura, pós-doutorando no laboratório Busch. “As raízes da A. thaliana são incrivelmente pequenos, por isso não são facilmente visíveis, mas cortando a planta ao meio, poderíamos observar e medir melhor a distribuição das raízes no solo.”

A equipe descobriu que um gene, chamado EXOCIST70A3, regula diretamente a arquitetura do sistema radicular, controlando a via de auxina sem interromper outras vias. EXOCIST70A3 faz isso afetando a distribuição de PIN4, uma proteína conhecida por influenciar o transporte de auxinas. Quando os pesquisadores alteraram o EXOCIST70A3 gene, eles descobriram que a orientação do sistema radicular mudou e mais raízes cresceram mais profundamente no solo.

“Os sistemas biológicos são incrivelmente complexos, por isso pode ser difícil conectar os mecanismos moleculares das plantas a uma resposta ambiental”, diz Ogura. “Ao vincular como esse gene influencia o comportamento da raiz, revelamos um passo importante em como as plantas se adaptam a ambientes em mudança por meio do caminho da auxina”.

Além de permitir que a equipe desenvolva plantas que podem desenvolver sistemas radiculares mais profundos para armazenar mais carbono, essa descoberta pode ajudar os cientistas a entender como as plantas lidam com a variação sazonal das chuvas e como ajudar as plantas a se adaptarem às mudanças climáticas.

“Esperamos usar esse conhecimento da via da auxina como forma de descobrir mais componentes relacionados a esses genes e seu efeito na arquitetura do sistema radicular”, acrescenta Busch. “Isso nos ajudará a criar plantas agrícolas melhores e mais adaptáveis, como soja e milho, que os agricultores podem cultivar para produzir mais alimentos para uma população mundial crescente”.

Outros autores incluíram Santosh B. Satbhai de Salk junto com Christian Goeschl, Daniele Filiault, Madalina Mirea, Radka Slovak e Bonnie Wolhrab do Instituto Gregor Mendel na Áustria.

O trabalho foi apoiado por fundos da Academia Austríaca de Ciências através do Instituto Gregor Mendel, juntamente com uma bolsa do Fundo Austríaco de Ciências (FWF I2377-B25) e fundos do Instituto Salk de Estudos Biológicos.

Sobre a Iniciativa Harnessing Plants:

A mudança climática representa uma ameaça imediata ao nosso futuro. O aumento das temperaturas devido ao excesso de dióxido de carbono na atmosfera levou a padrões climáticos cada vez mais extremos e perigosos que ameaçam animais e plantas. A Harnessing Plants Initiative (HPI) do Instituto Salk é uma abordagem inovadora, escalável e ousada para combater as mudanças climáticas, otimizando a capacidade natural de uma planta de capturar e armazenar carbono e se adaptar a diversas condições climáticas. Esta abordagem pode ajudar a reduzir e armazenar mais carbono e isso – combinado com outros esforços globais – irá mitigar os efeitos desastrosos da mudança climática enquanto fornece mais alimentos, combustível e fibras para uma população crescente.
Saiba mais em salk.edu/harnessingplants

Sobre o Salk Institute for Biological Studies:

Toda cura tem um ponto de partida. O Salk Institute personifica a missão de Jonas Salk de ousar transformar sonhos em realidade. Seus cientistas premiados e de renome internacional exploram os próprios fundamentos da vida, buscando novos entendimentos em neurociência, genética, imunologia, biologia vegetal e muito mais. O Instituto é uma organização independente sem fins lucrativos e um marco arquitetônico: pequeno por escolha, íntimo por natureza e destemido diante de qualquer desafio. Seja câncer ou Alzheimer, envelhecimento ou diabetes, Salk é onde as curas começam.

DOI: 10.1016 / j.cell.2019.06.021