Lá vem o sol: sensor celular ajuda plantas a encontrar luz

Lá vem o sol: sensor celular ajuda plantas a encontrar luz

A descoberta de Salk de um novo caminho pode ser um benefício para a agricultura

LA JOLLA—Apesar de parecerem passivas, as plantas travam guerras entre si para crescer e absorver a luz do sol. Se uma planta é sombreada por outra, ela fica sem a luz solar essencial de que precisa para sobreviver.

Para escapar dessa sombra mortal, as plantas possuem sensores de luz que podem disparar um alarme interno quando ameaçadas pela sombra de outras plantas. Seus sensores podem detectar o esgotamento da luz vermelha e azul (comprimentos de onda absorvidos pela vegetação) para distinguir entre uma planta próxima agressiva de uma nuvem passageira.

Cientistas do Salk Institute descobriram uma maneira pela qual as plantas avaliam a qualidade da sombra para superar os vizinhos ameaçadores, uma descoberta que pode ser usada para melhorar a produtividade das plantações. O novo trabalho, publicado em 24 de dezembro de 2015 em Célula, mostra como o esgotamento da luz azul detectado por sensores moleculares nas plantas desencadeia o crescimento acelerado para superar uma planta concorrente.

“Com esse conhecimento e descobertas como esta, talvez você possa eventualmente ensinar uma planta a ignorar o fato de estar na sombra e produzir muita biomassa de qualquer maneira”, diz Joanne chory, autor sênior e diretor da Salk's Plant Molecular and Cellular Biology.

Ullas V. Pedmale e Joanne Chory

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Imagem: Cortesia do Salk Institute for Biological Studies

O novo trabalho derruba noções anteriormente mantidas no campo. Sabia-se que as plantas respondem à diminuição da luz vermelha ativando um hormônio de crescimento chamado auxina para ultrapassar seus vizinhos. No entanto, esta é a primeira vez que os pesquisadores mostraram que evitar a sombra pode acontecer por meio de um mecanismo totalmente diferente: em vez de alterar os níveis de auxina, um sensor celular chamado criptocromo responde à diminuição da luz azul ativando genes que promovem o crescimento celular.

Essa revelação pode ajudar os pesquisadores a aprender como modificar os genes das plantas para otimizar o crescimento para, por exemplo, coagir as plantações de soja ou tomate (que são notoriamente inconstantes) a crescer de forma mais agressiva e dar um rendimento maior, mesmo em um campo lotado e sombreado.

O foco dos esforços de pesquisa da equipe foram os criptocromos, sensores sensíveis à luz azul responsáveis ​​por dizer a uma planta quando crescer e quando florescer. Os criptocromos foram identificados pela primeira vez em plantas e depois encontrados em animais, e em ambos os organismos estão associados ao ritmo circadiano (relógio biológico do corpo). O papel da proteína em detectar o esgotamento da luz azul era conhecido, mas este estudo é o primeiro a mostrar como os criptocromos promovem o crescimento em um ambiente sombreado.

A equipe colocou normais e mutantes Arabidopsis plantas em uma sala com luz controlada onde a luz azul era limitada. As plantas mutantes careciam de criptocromos ou de um fator de transcrição PIF, um tipo de proteína que se liga ao DNA para controlar quando os genes são ativados ou desativados. Os PIFs normalmente fazem contato direto com sensores de luz vermelha, chamados fitocromos, para iniciar o crescimento de prevenção de sombra. Os pesquisadores compararam as respostas das plantas mutantes e normais nas diferentes condições de luz azul, monitorando a taxa de crescimento dos caules e observando os contatos entre criptocromos, PIFs e cromossomos.

“Descobrimos que os criptocromos entram em contato com esses fatores de transcrição no DNA, ativando genes completamente diferentes do que outros fotorreceptores ativam”, diz Ullas Pedmale, primeiro autor do trabalho e pesquisador associado da Salk. “Este também é um caminho muito curto para que as plantas possam responder rapidamente ao seu ambiente de luz.”

O próximo passo do trabalho é entender como manipular a resposta de crescimento. “Em última análise, poderíamos ajudar os agricultores a cultivar culturas muito próximas, alterando a forma como as plantas produzem folhas, a rapidez com que as folhas crescem e em que ângulos as folhas crescem umas em relação às outras e ao caule. Isso ajudará a aumentar o rendimento nas próximas gerações de plantas cultivadas”, diz Chory, que também é investigador do Howard Hughes Medical Institute e ocupa a Cátedra Howard H. e Maryam R. Newman em Biologia Vegetal.

“A prevenção da sombra e a resposta das plantas ao aumento da temperatura parecem semelhantes e, de fato, compartilham muitos componentes moleculares comuns”, acrescenta Pedmale. “Portanto, estudar a prevenção da sombra não apenas levará a aumentos no rendimento em ambientes sombreados, mas também pode explicar como aumentar o rendimento em um clima mais quente”.

Outros autores do artigo foram Shao-shan Carol Huang, Mark Zander, Benjamin Cole, Jonathan Hetzel, Pedro Reis, Kazumasa Nito, Joseph Nery e Joseph Ecker do Salk Institute; Karin Ljung do Umeå Plant Science Center na Universidade Sueca de Ciências Agrícolas; e Priya Sridevi da Universidade da Califórnia, San Diego.

O trabalho contou com o apoio do NIH, Fundação Rose Hills, HA e Mary K. Chapman Charitable Trust, DOE, NSF, Gordon e Betty Moore Foundation e Instituto Médico Howard Hughes.