O estudo, publicado em 17 de junho de 2021, na Nature Genetics , oferece uma nova compreensão de como a atividade do gene direciona o crescimento das plantas e como as plantas respondem rapidamente ao seu ambiente - com mudanças nas condições de luz desencadeando mudanças moleculares em apenas cinco minutos. As descobertas fornecem insights sobre como aumentar a produtividade e proteger a produção mundial de alimentos à medida que a mudança climática reduz as terras aráveis ??do planeta.
"Este artigo mostra, em alta resolução, como as plantas respondem a mudanças ambientais sutis no nível celular", diz a co-autora Joanne Chory, diretora do Laboratório de Biologia Molecular e Celular de Plantas da Salk, investigador do Howard Hughes Medical Institute e titular do Howard H. e Maryam R. Newman Chair em Biologia Vegetal. “O trabalho que revela como as plantas podem se adaptar a maiores estresses ambientais será crítico à medida que os efeitos da mudança climática se intensificam”.
As plantas à sombra crescem mais rápido e mais altas em um esforço para romper a copa e alcançar mais luz. Ao mesmo tempo, as condições de cultivo sombreadas fazem com que floresçam e produzam sementes mais cedo do que o normal, a fim de competir com outras plantas. Essas respostas podem ser úteis para flores silvestres que crescem em um pasto, mas em fazendas podem reduzir a produção e resultar em safras amargas e de baixa qualidade - como qualquer jardineiro cuja alface tenha bolinho sabe.
No novo estudo, os pesquisadores analisaram o papel de fatores de transcrição específicos na ativação dessa resposta de crescimento. Fatores de transcrição são proteínas que ativam ou desativam genes ao se ligar ao DNA.
A equipe trabalhou com mudas mutantes sem fatores de transcrição chamados PIFs (fatores de interação com o fitocromo). Quando elas cultivaram essas plantas em um ambiente que simulava sombra, as plantas sem certos PIFs não alongaram ou aceleraram seu crescimento, mas, em vez disso, continuaram a crescer normalmente como se estivessem em plena luz do sol. Anteriormente, o laboratório Chory mostrou que o PIF7 desempenha o papel mais importante na regulação do crescimento induzido pela sombra.
Os pesquisadores então examinaram mais de perto o papel das histonas neste processo, em particular a variante da histona H2A.Z. Histonas são proteínas que agem como carretéis para fitas de DNA. Quando as histonas são trocadas ou modificadas, elas podem trabalhar para ativar ou suprimir certos genes.
Os cientistas descobriram que a sombra do dossel levou à remoção da histona H2A.Z em genes reguladores de crescimento através da ligação ao DNA de PIF7, que por sua vez ativou sua expressão.
Usando intervalos de tempo muito curtos para seus experimentos, os pesquisadores descobriram que o PIF7 é ativado, liga seus genes-alvo e inicia a remoção de H2A.Z, tudo dentro dos primeiros 5 minutos após a planta experimentar a sombra do dossel.
"Nosso estudo descreve outro passo em direção a uma compreensão mecanicista de como as plantas alteram sua expressão gênica em resposta a um ambiente em mudança", disse o co-autor Joseph Ecker, investigador do Howard Hughes Medical Institute e professor do Laboratório de Análise Genômica de Salk.
Estudos anteriores identificaram PIFs e H2A.Z como tendo papéis importantes nas respostas de plantas expostas a altas temperaturas; no entanto, o momento dos eventos não era conhecido, observa o co-autor Björn Willige, um especialista em pesquisa do Howard Hughes Medical Institute no laboratório Chory.
"Nosso estudo revela o mecanismo em detalhes e também mostra a natureza rápida da resposta. Descobrimos que quando o PIF7 está ativo, ele se liga ao DNA. E nossos dados indicam que isso leva à remoção de H2A.Z do DNA. Posteriormente, os genes são ativados e, em seguida, isso induz o crescimento, para superar as plantas vizinhas ", diz Willige.
A velocidade do processo foi inesperada, diz o co-autor Mark Zander, professor assistente do Waksman Institute of Microbiology da Rutgers University. Ele observou que, além de desencadear a resposta ao estresse em cinco minutos, a paisagem de histonas também se recuperou rapidamente quando a sombra foi removida.
"Quando removemos a sombra, os níveis de H2A.Z nos genes alvo PIF7 voltaram ao normal em 30 minutos", diz ele. "Fiquei surpreso com a dinâmica do processo, que é realmente a base para a elegância do nosso estudo."
Os PIFs desempenham um papel significativo no crescimento, desenvolvimento e defesa das plantas contra pragas. Portanto, a equipe espera que suas descobertas possam ser traduzidas em outras respostas das plantas que são importantes para os agricultores, especialmente em relação a ajudar as plantas a serem mais resistentes às mudanças climáticas. A iniciativa Harnessing Plants Initiative do Salk Institute visa ajudar a resolver as mudanças climáticas, otimizando a capacidade natural das plantas de capturar e armazenar carbono.
Por: Phys.Org
