O ferro influencia a imunidade das plantas e pode promover a resiliência contra as alterações climáticas

O ferro influencia a imunidade das plantas e pode promover a resiliência contra as alterações climáticas

Pesquisadores da Salk descobrem que a molécula IMA1 liga a nutrição e a imunidade do ferro das plantas, fornecendo um novo alvo potencial para ajudar a melhorar a resiliência das plantas

LA JOLLA — Tanto as plantas como os animais dependem do ferro para o crescimento e regulação de microbiomas — coleções de bactérias, fungos e muito mais que coexistem em locais como o intestino humano ou o solo em torno das raízes de uma planta. As plantas enfrentam um desafio especial na aquisição de ferro, uma vez que as estratégias que as plantas utilizam para aumentar a disponibilidade de ferro alteram o microbioma radicular e podem inadvertidamente beneficiar bactérias nocivas que vivem no solo.

Agora, os cientistas da Salk descobriram como as plantas controlam a deficiência de ferro sem ajudar as bactérias “más” a prosperar – eliminando o IMA1, o sinal molecular para a deficiência de ferro nas raízes em risco de ataque bacteriano. Além disso, descobriram que mais IMA1 nas folhas pode torná-las mais resistentes ao ataque bacteriano, sugerindo que a via de sinalização da deficiência de ferro e o sistema imunitário das plantas estão profundamente interligados.

Os resultados foram publicados em Natureza em janeiro 10, 2024.

“Há uma relação estabelecida há muito tempo entre a nutrição do ferro vegetal e as bactérias”, diz o autor sênior Wolfgang Busch, professor e diretor executivo da Harnessing Plants Initiative de Salk. “Explorar esta relação com mais nuances permitiu-nos encontrar uma nova e surpreendente via de sinalização que as plantas usam para desligar a absorção de ferro como estratégia de defesa contra bactérias ameaçadoras que também alteram a resposta imunitária da planta.”

Como o ferro biodisponível (ferro num estado que as plantas e os animais podem utilizar) é um nutriente relativamente escasso, a deficiência de ferro – e o consequente crescimento atrofiado das plantas – não é incomum. Como parar o crescimento não é o ideal, as plantas desenvolveram técnicas para estimular a absorção de ferro em ambientes com baixo teor de ferro. Infelizmente, essas técnicas podem alterar todo o microbioma ao redor das raízes e aumentar a disponibilidade de ferro não apenas para a planta, mas também para as bactérias nocivas que vivem nas proximidades.

Para desvendar a complexa relação entre a saúde das plantas, os níveis de ferro e a ameaça bacteriana, os investigadores recorreram a uma pequena planta modelo chamada Arabidopsis thaliana. Eles cultivaram a planta em substrato de crescimento com baixo e alto teor de ferro (solo) e, em seguida, adicionaram fragmentos de flagelos (pequenas caudas que as bactérias usam para se mover) para imitar a presença de bactérias.

“Nós levantamos a hipótese de que haveria algum tipo de competição entre a planta e as bactérias pelo ferro”, diz o primeiro autor Min Cao, pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Busch. “Mas descobrimos que quando as plantas se sentem ameaçadas por bactérias nocivas, elas estão dispostas a parem de adquirir ferro e parem de crescer – eles se privarão para privar o inimigo”.

Quando as raízes foram expostas a flagelos em ambientes com baixo teor de ferro, as plantas desenvolveram uma resposta inesperada: em vez da esperada batalha pelo ferro entre a planta e as bactérias, a planta perdeu imediatamente ao eliminar o sinal de deficiência de ferro IMA1. Quando as raízes foram expostas a flagelos em ambientes com alto teor de ferro, o IMA1 não foi eliminado, mas não precisou ser expresso, uma vez que os níveis de ferro eram suficientes.

Nas plantas que eliminaram o IMA1 em resposta ao baixo teor de ferro e flagelos, os pesquisadores encontraram outra surpresa: quanto mais IMA1, mais resistentes eram as folhas das plantas ao ataque bacteriano. Esta observação levou à conclusão de que a disponibilidade de ferro e a sinalização da deficiência de ferro ajudam a orquestrar a resposta imunológica da planta.

Busch acredita que o IMA1 pode ser um alvo útil para otimizar a imunidade das plantas, o que se tornará cada vez mais importante à medida que o clima do planeta continuar a mudar e as doenças começarem a evoluir mais rapidamente. Descobrir que as plantas irão interromper a absorção de ferro e interromper o seu crescimento diante de potencialmente bactérias nocivas é o início de uma história muito mais longa sobre a resiliência das plantas, os microbiomas vegetais e animais e as alterações climáticas.

“Os micróbios determinam o destino do carbono no solo, portanto, descobrir como as plantas reagem e impactam o microambiente do solo pode nos ensinar muito sobre como otimizar o armazenamento de carbono nas plantas”, diz Busch, que também é Hess Chair em Plant Science na Salk. “Relacionado, compreender como as plantas regulam a sinalização e as respostas imunitárias face às escassezes ambientais, como as deficiências de ferro, será crucial à medida que os cientistas optimizam a saúde das plantas no nosso clima em constante mudança.”

No futuro, os investigadores irão explorar se o direcionamento do IMA1 pode alterar a resistência das plantas às doenças e como exatamente as células individuais nas raízes das plantas interrompem a via de sinalização do IMA1. Aprender sobre as raízes das plantas pode ensinar aos cientistas sobre outros tecidos de absorção, como o intestino humano, para que possam compreender melhor a intersecção dos microbiomas dos mamíferos, do sistema imunológico e do ferro para otimizar a saúde.

Outros autores incluem Matthieu Pierre Platre, Ling Zhang, Tatsuya Nobori, Yingtong Chen, Wenrong He, Lukas Brent e Joseph Ecker de Salk; Huei-Hsuan Tsai e Niko Gelder da Universidade de Lausanne; e Laia Armengot e Nuria Coll do Centro de Pesquisa em Genômica Agrícola de Bellaterra, Espanha.

O trabalho foi apoiado pelos Institutos Nacionais de Saúde (R01GM127759, NCI CCSG: P30 014195), pelo Programa de Ciência da Fronteira Humana (LT000661/2020-L), pela Fundação Chapman, pelo Helmsley Charitable Trust, pelo Ministério de Universidades, pela União Europeia , o Ministério de Ciência e Inovação e Agência Estatal de Investigação (PID2019-108595RB-I00, 10.13039/501100011033, TED2021-1311457B-I00), o Ministério de Ciência e Tecnologia de Taiwan (111-2917-I-564-021) e o Centros de Pesquisa da Catalunha.

DOI: 10.1038 / s41586-023-06891-y