A deficiência de nitrogênio (N) afeta primeiro os sistemas de absorção e assimilação de N pelas plantas. O nitrato, a principal fonte de N vegetal, é absorvido e transportado por transportadores de nitrato. O nitrato pode ser metabolizado diretamente nas raízes após absorção e armazenado no vacúolo, mas a maior parte do nitrato é transportada para as partes aéreas da planta. O metabolismo do N e do carbono (C) está intimamente relacionado nas plantas. A deficiência de N afeta não apenas a absorção e assimilação de N, mas também a assimilação de C, especialmente a fotossíntese. A degradação de proteínas para reciclagem de N ajuda as plantas a se adaptarem à deficiência de N.
A autofagia é uma das vias de degradação e reciclagem mais importantes para proteínas e organelas citoplasmáticas, e desempenha papéis críticos na reciclagem e remobilização de nutrientes sob falta de nutrientes. Sob condições restritas a N, a Rubisco pode ser transferida para o vacúolo e degradada através de um processo autofágico dependente de gene relacionado à autofagia (ATG). Embora a função da autofagia na reciclagem interna de N tenha sido estudada extensivamente, como a autofagia influencia a absorção e assimilação de N e os processos de assimilação de C ainda precisa ser investigado.

Recentemente, cientistas da Universidade Agrícola de Hunan e da Universidade Agrícola de Zhejiang relataram que a via autofágica contribui para a baixa tolerância ao nitrogênio (LN) otimizando a absorção e utilização de nitrogênio no tomate. Primeiro, os autores descobriram que os mutantes de autofagia do tomate (atg6, atg10 e atg18a) são hipersensíveis ao estresse LN.

Os autores então usaram mutantes nocaute ATG6 (atg6) e plantas de superexpressão (ATG6-OE) para analisar ainda mais as funções biológicas da autofagia sob condições de LN e descobriram que a autofagia dependente de ATG6 era essencial para a resposta do tomate a condições N-limitadas. Em comparação com as plantas WT, os mutantes atg6 apresentaram menor teor de biomassa e clorofila e formação de autofagossomos substancialmente reduzida após o tratamento de estresse LN, enquanto as plantas ATG6-OE apresentaram maior teor de biomassa e clorofila e maior indução de formação de autofagossomos.

Sob estresse LN, os teores de N da parte aérea e radicular das plantas atg6 e ATG6-OE foram significativamente menores e maiores, respectivamente, do que os das plantas WT. A expressão induzida por LN dos genes transportadores de nitrato NRT1.1 e NRT2.1 foi completamente comprometida em atg6, enquanto sua expressão foi maior em plantas ATG6-OE do que em plantas WT. Após o tratamento de estresse LN, as atividades de nitrato redutase e nitrito redutase em folhas de mutantes ATG6 knockout e plantas ATG6-OE foram diminuídas e aumentadas em diferentes graus, respectivamente, em comparação com plantas WT.

Esses dados indicaram que a autofagia está envolvida no transporte e assimilação de N em condições de LN. Análises posteriores mostraram que a autofagia dependente de ATG6 promove a assimilação de N e C e, posteriormente, contribui para o crescimento da planta sob estresse de LN. Experimentos de enxerto nos quais mutantes nocaute ATG6 foram enxertados com plantas WT como enxertos ou porta-enxertos sugeriram ainda que a autofagia dependente de ATG6 aumenta sistematicamente o metabolismo do N, a fotossíntese e o crescimento da planta sob condições de LN. Este trabalho foi publicado na revista Horticulture Research .

"Nossos resultados revelam novas funções da autofagia, ou seja, regulando a absorção e utilização de N, bem como a assimilação de C, além da reciclagem e remobilização de nutrientes em tomate sob estresse LN", disseram os autores. "O aumento intencional da autofagia pode ser uma estratégia benéfica para melhorar o crescimento e o rendimento das culturas sob condições de deficiência de nitrogênio".