Um trabalho de tingimento melhor para raízes - em plantas

Um trabalho de tingimento melhor para raízes - em plantas

Pesquisadores descobrem corante químico que revela como um hormônio vegetal essencial ajuda no crescimento das raízes

LA JOLLA—(1 de junho de 2017) Assim que começamos a pintar o cabelo, podemos nos surpreender ao saber que começamos a ter um problema em comum com os biólogos de plantas: encontrar a tinta certa para nossas raízes. No caso dos biólogos, apenas o produto químico certo é necessário para medir exatamente como as raízes das plantas crescem. Agora, um pesquisador do Salk Institute descobriu um corante fluorescente que, combinado com outras técnicas de imagem, revela que o crescimento da raiz é influenciado por um importante hormônio vegetal mais do que se pensava.

O trabalho, que aparece no Proceedings, da Academia Nacional de Ciências A semana de 29 de maio de 2017 pode ser útil para muitos tipos de estudos de plantas, bem como para uma compreensão mais completa do hormônio auxina, que é fundamental para o crescimento e muitos outros processos críticos da planta. Informações sobre a auxina podem, por exemplo, informar a produção de culturas de crescimento mais rápido ou ajudar a mitigar os efeitos das mudanças climáticas, como seca ou floração precoce.

“Há mais de 130 anos, Charles Darwin postulou que poderia haver uma substância promotora do crescimento nas plantas”, diz o professor associado Wolfgang Busch, membro do Laboratório de Biologia Molecular e Celular de Salk e autor sênior do novo artigo. “Hoje sabemos que essa substância é o hormônio auxina, e as ferramentas científicas modernas estão finalmente nos permitindo investigar profundamente seu papel como um dos principais impulsionadores da estrutura e do crescimento das plantas”.

Um dos mistérios de longa data sobre as plantas é como elas crescem, porque a rígida parede celular externa que lhes dá suporte estrutural também restringe a expansão das células. Uma explicação funcional é chamada de hipótese do crescimento ácido, que diz que a auxina diz às células vegetais para bombear ácido no espaço entre as células e a parede celular circundante para acionar enzimas que afrouxam a parede celular. Assim como afrouxar o cinto após uma grande refeição dá espaço para a barriga se expandir, afrouxar a parede celular dá espaço para as células vegetais crescerem. A teoria da acidificação demonstrou ser bastante precisa para brotos de plantas, mas tem sido mais difícil de provar para raízes. Alguns estudos descobriram que a auxina realmente estimula a alcalinização (o oposto da acidificação) nas raízes. Uma das complicações de entender isso é que o pH é muito difícil de medir nas raízes.

A equipe liderada por Salk, que incluía pesquisadores do Instituto de Instituto Gregor Mendel de Biologia Molecular de Plantas (onde Busch morava anteriormente), partiu para explorar a questão de como as raízes crescem. Eles sabiam que primeiro tinham que superar o problema de como medir o pH para determinar a acidez. Então, eles testaram vários produtos químicos que achavam que poderiam ser bons corantes sensíveis ao pH e descobriram que um produto químico fluorescente (abreviado como HPTS) se encaixava no projeto. Os testes da equipe confirmaram que o corante indicava de forma confiável diferentes níveis de pH de maneiras que podiam ser visualizadas com um instrumento chamado microscópio confocal de varredura a laser.

Em seguida, eles estabeleceram que o pH está, de fato, correlacionado com o crescimento celular. Eles mediram o comprimento da célula nas raízes da erva daninha Arabidopsis thaliana (parente do repolho) antes e depois de imergir mudas de plantas em meio de cultivo e verificar seu pH. Antes das células começarem a crescer, o pH era alcalino, durante o crescimento o pH era ácido e no final do período de crescimento o pH voltou à sua alcalinidade pré-crescimento. A equipe descobriu que também era capaz de desencadear ou interromper o crescimento imergindo as raízes em líquidos ácidos ou alcalinos. Juntos, esses experimentos confirmaram que a acidificação promove o alongamento das células da raiz.

“É muito fascinante observar em nível celular que uma característica química simples como o pH é uma força motriz para o alongamento das células radiculares”, diz Elke Barbez, pós-doutoranda do Instituto Gregor Mendel e primeira autora do artigo.

Em seguida, a equipe questionou se a acidificação foi causada pela auxina. Para visualizar o hormônio, eles usaram marcadores fluorescentes que foram anexados a uma proteína que se liga à auxina e, em seguida, mediram o comprimento da célula, o pH e os níveis de auxina em mudas normais, bem como em mudas que não podiam produzir o hormônio ou não podiam responder corretamente a ele. .

Seus resultados apontaram para um papel mais complexo para a auxina do que se pensava anteriormente: em baixas concentrações, a auxina de fato desencadeou a acidificação e o afrouxamento da parede celular, permitindo o crescimento das raízes. Mas em altas concentrações, a auxina desencadeou a alcalinização, que inibiu o crescimento. O efeito inibidor, no entanto, durou apenas duas horas. O trabalho da equipe oferece uma pista de por que os estudos anteriores foram tão confusos ou contraditórios: em escalas de tempo muito breves, a natureza dual (“bifásica”) da auxina não é aparente.

“Estamos entusiasmados com esses resultados, não apenas porque eles esclarecem a natureza complexa da sinalização da auxina, mas também porque entender como esse importante hormônio vegetal funciona em diferentes escalas de tempo pode ser extremamente importante para qualquer esforço para aumentar a produtividade das culturas ou melhorar o crescimento das raízes como forma de proteger as plantas da seca”, acrescenta Busch.

A obra foi financiada pela Academia Austríaca de Ciências através do Instituto Gregor Mendel.

Outros autores incluíram Angelika Gaidora e Thomas Lendl do Instituto Gregor Mendel de Biologia Molecular de Plantas; e Kai Dünser do Universidade de Recursos Naturais e Ciências da Vida, Viena, Áustria.