Um novo trabalho liderado por Zhiyong Wang, da Carnegie, desvenda um complexo processo de sinalização celular que sustenta a capacidade das plantas de equilibrar o gasto de energia no crescimento e se defender de patógenos. Essas descobertas, publicadas em Nature Plants , mostram como as plantas usam circuitos celulares complexos para processar informações e responder a ameaças e condições ambientais.
"As plantas não têm cérebros como nós, e podem estar fixas no lugar e incapazes de fugir de predadores ou patógenos, mas não sinta pena delas, porque elas desenvolveram uma incrível rede de circuitos de processamento de informações que permitem para 'tomar decisões' em resposta às situações em que se encontram", explicou Wang.

Brincando, ele acrescentou, "uma planta nunca cantará 'If I Only Had a Brain', porque eles desenvolveram essa maravilha de tomada de decisão responsiva".

Plantas superiores colocam centenas de sensores altamente especializados, chamados receptores quinases, em suas superfícies celulares para monitorar o ambiente e se comunicar entre as células. O laboratório de Wang está trabalhando para elucidar os circuitos moleculares que conectam esses sensores a respostas celulares específicas, como crescimento e imunidade. Melhorar nossa compreensão de como as plantas tomam decisões celulares pode sustentar intervenções tecnológicas para melhorar os rendimentos agrícolas diante de um planeta em aquecimento.

Neste trabalho atual, publicado em Nature Plants , a equipe de Wang descobriu que dois desses sensores usam um sistema de diferentes tags moleculares envolvendo uma proteína que é compartilhada entre seus respectivos circuitos de comunicação. Essa descoberta liga os ciclos de crescimento e resposta imune, avançando nossa compreensão de como as plantas tomam suas decisões mais importantes.

Quando uma planta sente uma ameaça, ela precisa ativar as cadeias de comunicação que acionam o alarme e dizem para combater o patógeno. Existem dois tipos principais de mecanismos de detecção de ameaças em células vegetais – a capacidade de reconhecer padrões químicos distintos que significam um invasor, como componentes de uma célula bacteriana, e a capacidade de reconhecer uma interrupção causada por patógeno invasor.

Wang e seus colaboradores de pesquisa - incluindo Chan Ho Park de Carnegie (o autor principal), Yang Bi, Nicole Xu, Ruben Shrestha e Shouling Xu, juntamente com Jung-gun Kim e Mary Beth Mudgett da Universidade de Stanford e colegas da Universidade Chung-Ang, Hanyang University e UC San Francisco – rastrearam o papel de uma enzima nas vias de sinalização bioquímica para ambos os tipos de reconhecimento de ameaças.

Chamado de BSU1, os pesquisadores demonstraram que ele desempenha papéis importantes, mas distintos, em dois caminhos – um que promove o crescimento e o outro que aumenta o sistema de alarme de ameaças da planta.

Uma via envolve um receptor para um membro da classe de hormônios vegetais chamados brassinosteróides – que Wang estudou extensivamente e são cruciais para o crescimento e desenvolvimento das plantas, germinação de sementes e fertilidade. A outra via funciona através de receptores de reconhecimento de padrões especializados em detectar a cauda móvel de um invasor bacteriano.

Ambas as vias envolvem sensores de superfície celular que, quando ativados por sinais externos, marcam quimicamente diferentes proteínas para ativar ou desativar seu comportamento, passando informações por uma cadeia de interações.

Os pesquisadores ficaram surpresos ao descobrir que o BSU1 se envolve em duas cadeias de interação totalmente separadas. Na via dos brassinosteróides, o BSU1 está envolvido com as funções de crescimento e desenvolvimento do hormônio. Na via de reconhecimento de padrões, BSU1 está envolvido na ativação da imunidade após a detecção de ameaças. A BSU1 traduz os códigos dos diferentes sensores usando diferentes segmentos de sua estrutura para aceitar a etiqueta química, com cada local representando uma mensagem diferente.

Juntos, esses resultados demonstram a complexidade interconectada do crescimento e da resposta imune. Além disso, eles são uma revelação impressionante da forma como as plantas absorvem informações, processam-nas através de circuitos bioquímicos que imitam uma linguagem de computador binária e reagem às condições ambientais para melhorar suas chances de sobrevivência.

"Nosso trabalho demonstra como uma proteína como a BSU1 pode agir como um chip de computador no processamento de informações complexas", concluiu Wang. “À medida que nos preparamos para um mundo em que as mudanças climáticas aumentam o estresse em importantes culturas de alimentos e biocombustíveis, é fundamental que entendamos como as plantas detectam e reagem a ameaças externas”.