Condições ambientais desfavoráveis ​​representam um estresse considerável para as plantas. Um alto teor de sal (cloreto de sódio, NaCl) no solo é exatamente um estressor que tem um impacto negativo nas plantas. A salinização é um problema sério na agricultura, especialmente em regiões secas do mundo. Biólogos da Universidade de Münster descobriram agora, pela primeira vez, que o estresse salino desencadeia sinais de cálcio em um grupo especial de células nas raízes das plantas, e que esses sinais formam um "nicho de detecção de sódio". Além disso, os pesquisadores identificaram uma proteína de ligação ao cálcio (CBL8) que contribui para a tolerância ao sal especificamente sob condições severas de estresse salino. Os resultados do estudo já foram publicados na revista Developmental Cell .
O estresse salino é causado pelo acúmulo de concentrações excessivas de sal no solo. Isso inibe o crescimento da planta e pode levar à morte da planta. Por esta razão, os pesquisadores de plantas estão interessados ​​em obter uma melhor compreensão do estresse salino para criar plantas tolerantes ao sal. O Prof. Jörg Kudla e sua equipe do Instituto de Biologia e Biotecnologia de Plantas da Universidade de Münster estudaram a questão de como as plantas medem a intensidade do estresse salino e como elas reagem a ele. A planta modelo que eles usaram para seus testes foi o agrião thale (Arabidopsis thaliana), que é um membro do maior grupo de plantas com flores – as crucíferas, ou Brassicaceae. Estes incluem muitas plantas alimentícias e forrageiras, como repolho, mostarda e rabanete.

"Primeiro de tudo", diz Jörg Kudla, "examinamos as raízes de Arabidopsis para ver se elas tinham algum tipo de célula que reagisse especialmente ao estresse salino, ou se toda a raiz mostraria uma reação uniforme. Também realizamos investigações para ver se a intensidade do estresse salino foi refletida quantitativamente na intensidade do sinal de cálcio."

O resultado surpreendeu os especialistas:embora todo o sistema radicular da planta tenha sido exposto ao estresse, apenas um grupo específico de células reagiu – e somente esse grupo formou o chamado sinal de cálcio oligocelular. Este grupo de células está localizado na zona de diferenciação da raiz da planta e é formado por apenas algumas centenas de células. Apenas para comparação:uma raiz tem muitos milhares de células. Os pesquisadores chamam essa área de "nicho de detecção de sódio".

"Esse grupo de células", explica Kudla, "não é visível, e só podemos distingui-las funcionalmente de outras células por meio de tecnologia de biossensores de alta resolução. Foi uma descoberta casual que foi extremamente reveladora - e significativa". A razão é que é nessas células funcionalmente especializadas que o sinal primário de cálcio é formado. No processo, os biólogos de plantas descobriram que quanto maior o nível de estresse salino, mais forte o sinal de cálcio.

Em outras palavras, a planta é capaz de fornecer informações ao organismo sobre a intensidade do estresse encontrado. Isso levou à questão de como as células vegetais podem distinguir entre sinais fracos e fortes de cálcio para serem capazes de reagir de acordo. Geralmente, os sinais de cálcio são decodificados por várias proteínas de ligação ao cálcio que atuam como sensores de cálcio.

Proteínas CBL importantes para a tolerância ao sal

Nas plantas, esta importante tarefa é muitas vezes realizada pelas chamadas proteínas CBL (calcineurina B-like). Já se sabe há algum tempo que a proteína CBL4 é importante para a tolerância ao sal e que os mutantes correspondentes sem qualquer proteína CBL4 funcional são extremamente sensíveis ao estresse salino. Em seu trabalho, os pesquisadores descobriram que os mutantes de outra proteína CBL – CBL8 – também reduziram a tolerância ao sal. No entanto, os mutantes cbl8 - em contraste com os mutantes cbl4 - exibiram inibição do crescimento apenas sob estresse salino severo. Depois de realizar análises bioquímicas, os pesquisadores descobriram que uma alta concentração de cálcio ativa a proteína CBL8 – enquanto a proteína CBL4 também é ativa em concentrações mais baixas de cálcio. "É somente sob condições de alto estresse salino que o CBL8 ajuda a bombear o sal para fora da planta", explica a Dra. Leonie Steinhorst, que também esteve envolvida no estudo. "É uma espécie de mecanismo de troca controlado pela concentração de cálcio."

Um aspecto interessante que os biólogos descobriram a esse respeito é a evolução das proteínas CBL. A maioria dos tipos de cereais – como milho, trigo e cevada – são os chamados monocotiledôneas. Eles só têm a proteína CBL4 – em outras palavras, eles não têm esse mecanismo de troca para se adaptar ao estresse salino severo. Existem também dicotiledôneas, como o tabaco e o tomate, e foi possível demonstrar neste caso que a duplicação gênica ocorreu no início do processo evolutivo e que o CBL8 se desenvolveu a partir disso. Como resultado, essas plantas tiveram uma melhor oportunidade de reagir ao estresse salino.

"Então, uma abordagem interessante", diz Jörg Kudla, "seria introduzir a proteína CBL8 em monocotiledôneas para que elas também possam se adaptar melhor ao estresse salino. Esta é provavelmente uma medida cada vez mais importante para os criadores de plantas no futuro, a fim de lidar melhor com a seca e o estresse salino."

A microscopia de alta resolução, utilizando tecnologia de biossensores de cálcio molecular em plantas, possibilitou a descoberta dos sinais oligocelulares de cálcio já descritos. Esses biossensores visualizam mudanças nas concentrações de substâncias bioativas como cálcio em células e tecidos. Esses estudos envolvendo tecnologia de biossensores in vivo foram combinados com outros métodos genéticos, biológicos celulares e bioquímicos para elucidar em detalhes os mecanismos subjacentes. + Explorar mais

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