Estresse de sal extremo desencadeia o movimento das folhas

A inundação dos espaços intercelulares com sal faz com que a folha afunde temporariamente (1 -> 2). Após o descarte do sal no vacúolo (3), a folha retoma sua posição inicial (1). A aplicação de sal causa uma diminuição na concentração de íons cálcio e prótons citoplasmáticos na folha, mas um aumento nos íons cálcio na raiz. Crédito:Kai Konrad / Uni Würzburg

As folhas das plantas podem lidar com concentrações de sal muito mais altas do que as raízes. O mecanismo subjacente pode ajudar a desenvolver culturas mais tolerantes ao sal.
Quando há falta de água, calor ou irrigação intensiva, o nível de sal comum (cloreto de sódio) no solo aumenta. No entanto, a maioria das culturas são sensíveis ao sal. Eles reagem ao aumento da salinidade do solo reduzindo bastante seu crescimento. Isso leva a uma redução na colheita.

Uma vez absorvido do solo pelas raízes e levado com o fluxo de água para os brotos e folhas, o sal pode exercer seu efeito tóxico no metabolismo da planta. Como a planta pode escapar desse dilema é mostrado por pesquisadores de plantas da Julius-Maximilians-University (JMU) Würzburg na Baviera, Alemanha, em sua última publicação na revista New Phytologist .

O biofísico professor Rainer Hedrich e sua equipe desenvolveram uma metodologia que pode ser usada para registrar de maneira fácil e rápida como as plantas desintoxicam a entrada de sal em suas folhas.

Movimento foliar como indicador de transporte de sal

Para investigar os mecanismos de desintoxicação do sal nas folhas, a Dra. Dorothea Graus como primeira autora da publicação, a professora Irene Marten e a Dra. Kai Konrad usaram plantas de tabaco como sistema modelo. Os espaços intercelulares das folhas de tabaco podem ser carregados com facilidade e rapidez com soluções de teste usando uma seringa.

Para registrar o enfrentamento do estresse salino agudo, o interior das folhas do tabaco foi inundado com uma solução de sal marinho a 30% e a reação foi registrada com uma câmera de vídeo. Esse estresse salino desencadeou uma diminuição da pressão nas células da folha, que se tornou perceptível à medida que a folha afundava progressivamente.

"Estávamos preparados para isso", diz Rainer Hedrich. "Mas o fato de que a folha se recuperou completamente da inundação de sal e voltou à sua posição original de folha depois de apenas 30 a 40 minutos foi mais do que surpreendente." A dose de sal injetada permaneceu na folha, mas não nos espaços intercelulares. Em vez disso, foi absorvido pelo plasma celular.

O sal, que reduzia a pressão na folha, era então importado para a célula e então canalizado para o maior compartimento da célula, o vacúolo. Através desta etapa, a água inicialmente perdida por osmose entra novamente na célula, após o que a pressão da célula se acumula novamente e a folha se estica.

Como o sal entra na célula e como termina no vacúolo?

Kai Konrad e Irene Marten explicam que "os íons de sódio entram na célula por meio de canais iônicos e impulsionados pelo potencial negativo da membrana celular. Os íons cloreto são captados por cotransportadores cloreto-próton, que são alimentados pela força próton-motriz.

Como resultado da absorção de sal de cloreto de sódio no plasma celular, o potencial de membrana cai temporariamente enquanto a concentração líquida de prótons diminui. Esses sinais, juntamente com os sensores de íons de sódio, iniciam o transporte de sal do citoplasma para o vacúolo. As investigações mostraram que o transporte na membrana do vacúolo co-determina fortemente o que acontece no citoplasma e na membrana celular.

Kai Konrad acrescenta:"Usando a detecção baseada em fluorescência da concentração de prótons, fomos capazes de mostrar que a absorção de íons de sódio no vacúolo é acompanhada por uma mudança na concentração de prótons no citosol e no vacúolo". Esta foi uma indicação do envolvimento do transportador NHX1 localizado na membrana do vacúolo, que troca íons de sódio por prótons do vacúolo durante o estresse salino. "Conseguimos comprovar essa suposição com linhas de plantas cujos vacúolos mostraram atividade aumentada do antiportador íon de sódio-próton NHX1", explica Kai Konrad.

Exceção inovadora ao dogma do cálcio de tolerância ao sal

Nas raízes, um aumento de íons cálcio no citoplasma desencadeia forças de repulsão de íons sódio que rejeitam os sais invasores no solo. Este mecanismo de proteção do sal, também conhecido como via SOS, também é ativo na raiz do tabaco. No entanto, a equipe de pesquisa de Würzburg ficou surpresa ao descobrir que as folhas eram capazes de desintoxicar a carga de sal administrada sem nenhum sinal de cálcio.

Isso significa que o dogma SOS baseado em íons de cálcio não é mais válido no que diz respeito ao manejo do estresse salino nas folhas.

"As raízes da maioria das plantas já sofrem quando enfrentam um quarto da dose de sal que impomos à folha de tabaco", explica Kai Konrad. As folhas, portanto, aparentemente têm melhor gerenciamento do estresse salino e, portanto, tolerância ao sal do que as raízes. No caso de salinização persistente do solo, no entanto, o reservatório de sal no vacúolo das plantas cultivadas fica cheio e também leva ao limite a tolerância ao sal na folha.

Compreender melhor os mecanismos de toxicidade do sal nas folhas pode ajudar a desenvolver novas estratégias para a produção de culturas tolerantes ao sal. Para este fim, a equipe de pesquisa de Würzburg pretende usar proteínas de transporte de íons controladas por luz, as chamadas ferramentas optogenéticas, para alterar especificamente as proporções de íons de sódio, cloreto, prótons e cálcio na célula e, assim, decifrar ainda mais os mecanismos de transporte de sal e vias de sinalização envolvidas. + Explorar mais