O melhor ataque é uma ótima defesa para algumas plantas carnívoras

O melhor ataque é uma ótima defesa para algumas plantas carnívoras

Cientistas da Salk ajudam a explicar como a carnivoria das plantas evoluiu a partir de mecanismos defensivos

LA JOLLA–As plantas que comem insetos fascinam os biólogos há mais de um século, mas como as plantas desenvolveram a capacidade de capturar e consumir presas vivas permanece um mistério. Agora, os cientistas de Salk, juntamente com colaboradores da Universidade de Washington em St. Louis, investigaram a base molecular da carnivoria vegetal e encontraram evidências de que ela evoluiu de mecanismos que as plantas usam para se defender.

A pesquisa, publicada em 11 de julho de 2022, na Proceedings, da Academia Nacional de Ciências (PNAS), detalha como as moléculas de cálcio se movem dinamicamente dentro das células nas folhas de plantas carnívoras em resposta ao toque de presas vivas. A flutuação do cálcio leva a movimentos foliares para a captura de presas, provavelmente através de um aumento na produção de hormônios defensivos. As descobertas ampliam a compreensão dos cientistas sobre como as plantas interagem com seus ambientes.

“Se pudermos aprender mais sobre como plantas como essas e outras se adaptaram para responder a seus ambientes únicos, talvez possamos alterar essas vias moleculares no futuro para desenvolver plantas que possam sobreviver em condições mais adversas”, diz co-autor sênior Professor Joanne chory, diretor do Laboratório de Biologia Molecular e Celular de Salk e investigador do Howard Hughes Medical Institute.

Os biólogos entenderam que plantas como a drósea (Sundew Spatulata) provavelmente adaptou carnivoria para sobreviver em condições pobres em nutrientes. No entanto, as dróseras são difíceis de crescer e seu DNA não foi sequenciado até recentemente, então os cientistas tiveram dificuldade em examinar como a carnivoria funciona em nível celular. Eles também não tinham certeza de como as plantas carnívoras desenvolviam comportamentos associados à captura de presas, como movimentos de folhas e secreção de enzimas digestivas.

“As plantas carnívoras de drosera não são organismos modelo”, diz Carl Procko, co-autor do artigo e cientista da equipe do Laboratório de Biologia Celular e Molecular de Salk. “Menos de um punhado de laboratórios no mundo foram capazes de modificá-los geneticamente, então tivemos que aprender novas técnicas para examiná-los de perto.”

Para este estudo, os cientistas aplicaram ferramentas genéticas para visualizar as mudanças dinâmicas das moléculas de cálcio nas folhas quando as presas de insetos pousaram na folha e foram capturadas por secreções pegajosas. Em plantas não carnívoras, a sinalização de cálcio desempenha muitos papéis vitais de suporte à vida, como desencadear a via de defesa do ácido jasmônico para repelir pragas de insetos indesejados. O ácido jasmônico também responde à atividade elétrica, que é um elemento crítico da captura de presas em algumas plantas carnívoras, incluindo dróseras. Os cientistas queriam saber se esse mesmo caminho de defesa de plantas não carnívoras também poderia ser necessário para o comportamento carnívoro da drosera.

A equipe descobriu que mudanças no cálcio dentro da célula vegetal eram necessárias para a ativação de genes tipicamente visados ​​pelo ácido jasmônico quando a folha se dobrava para dentro, aprisionando o inseto em sucos digestivos. Os pesquisadores observaram ainda que as folhas de drosera dobravam menos quando recebiam presas não vivas e quando seus canais de cálcio eram bloqueados. Essas descobertas demonstram que o cálcio auxilia nas respostas de captura de presas de insetos e, juntamente com o trabalho de outros, apóia a ideia de que o ácido jasmônico está envolvido na digestão de insetos.

“Foi fascinante ver como essas plantas respondem à estimulação mecânica associada às presas, como o toque”, diz Ivan Radin, coautor e cientista pesquisador da Universidade de Washington em St. Louis. “A capacidade de sentir e responder a forças mecânicas é algo que a maioria das pessoas não associa às plantas, especialmente nesta escala de tempo tão rápida. Nosso trabalho fornece um belo visual desse fato.”

“As descobertas mostram que o cálcio também está envolvido e provavelmente aumenta as respostas do ácido jasmônico, semelhante a como as plantas não carnívoras respondem defensivamente à estimulação mecânica de pragas”, diz Chory, titular da Howard H. e Maryam R. Newman Chair in Plant Biologia. “Isso fornece mais credibilidade à noção de que a carnivoria em dróseras pode ser um caminho de defesa evoluído”.

Em seguida, os pesquisadores aplicarão técnicas genéticas semelhantes para estudar outras plantas carnívoras antes muito difíceis de examinar. Eles esperam investigar ainda mais a base molecular dos mecanismos de captura de presas para entender melhor como o carnivoria evoluiu em espécies distantemente relacionadas e para ver se as culturas poderiam se beneficiar da adaptação de seus caminhos de resposta ambientais e de insetos existentes para sobreviver em ambientes desafiadores.

Outros autores incluíram Charlotte Hou de Salk; assim como Ryan Richardson e Elizabeth Haswell da Washington University em St. Louis.

Este trabalho foi apoiado pelos Institutos Nacionais de Saúde (5R35GM122604) e um Howards Hughes Medical Institute-Simons Foundation Faculty Scholars Grant (55108530).

DOI: 10.1073/pnas