A abordagem revelou novos componentes conservados de um mecanismo de defesa contra inibidores do citoesqueleto. a, LatB interfere na polimerização da actina. b, Os microrganismos do solo implantam (setas) inibidores de actina (círculos azuis) para obter vantagem competitiva em seu ambiente. c, Chlamydomonas responde à inibição de actina degradando sua actina convencional, IDA5, e regulando positivamente uma actina alternativa, NAP1. d, O crescimento de novos mutantes lat identificados neste estudo (lat5-1, lat6-1 e lat7-2) foi comparado a mutantes lat1-5, lat2-1, lat3-1 e nap1-1 previamente isolados
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na ausência (controle) e presença (LatB) de 3 µM LatB. e, Immunoblot de actinas convencionais (IDA5) e alternativas (NAP1) mostra que lat5-1, lat6-1 e lat7-2 são deficientes na degradação de actina. Immunoblot representativo de n = 3 experimentos independentes. f, A via de homeostase F-actina é conservada entre algas verdes e plantas. Mutantes em genes de Arabidopsis homólogos a Chlamydomonas lat3, lat5 e lat6 são sensíveis a LatB, como evidenciado pela diminuição do comprimento da raiz. g, Quantificação do comprimento da raiz em mutantes de Arabidopsis. Os asteriscos marcam mudanças significativas em relação ao tipo selvagem sob a mesma condição com base na análise de variância bidirecional. O valor exato de P = 2,4 × 10
–47
(Ler versus lat3), P = 1,4 × 10
–6
2 (Col-0 versus lat5), P = 6,8 × 10
–23
(Col-0 versus lat6). n = 26 raízes examinadas em três experimentos independentes. Crédito:Genética da Natureza (2022). DOI:10.1038/s41588-022-01052-9
Uma equipe liderada por biólogos de plantas atuais e ex-Carnegie realizou o maior estudo genômico funcional de um organismo fotossintético. Seu trabalho, publicado em
Nature Genetics , poderia informar estratégias para melhorar os rendimentos agrícolas e mitigar as mudanças climáticas.
A fotossíntese é o processo bioquímico pelo qual plantas, algas e certas bactérias são capazes de converter a energia do Sol em energia química na forma de carboidratos.
"É a base sobre a qual a vida como a conhecemos é capaz de existir", disse Arthur Grossman, da Carnegie, co-autor do artigo. "Isso torna nossa atmosfera rica em oxigênio enquanto captura uma porcentagem dos gases de efeito estufa causadores da mudança climática, principalmente CO
2 , que são expelidos na atmosfera pela atividade humana, e é a base do nosso suprimento de alimentos."
No entanto, apesar de sua importância fundamental, muitos dos genes associados à fotossíntese permanecem descaracterizados. Felizmente, as algas apresentam um veículo acessível para elucidar a informação genética que sustenta esse processo vital.
Um catálogo de mutantes da alga verde fotossintética unicelular Chlamydomonas reinhardtii que foi iniciado por Martin Jonikas da Universidade de Princeton durante seu mandato como associado da equipe Carnegie permitiu que uma equipe colaborativa de cientistas de plantas começasse a entender as funções de milhares de genes que estão presentes em organismos fotossintéticos.
Chlamydomonas representa um grupo de algas fotossintéticas que são encontradas em todo o mundo em água doce e salgada, solos úmidos e até na superfície da neve. Eles crescem prontamente no laboratório, mesmo na escuridão, se receberem os nutrientes certos. Isso torna a Chlamydomonas uma excelente ferramenta de pesquisa para biólogos de plantas, especialmente para aqueles interessados na genética do aparelho fotossintético, bem como em muitos outros aspectos da bioquímica das plantas, como respostas à luz e ao estresse.
"Começamos com uma coleção de 58.000 mutantes de Chlamydomonas e os expusemos a uma grande variedade de condições e estressores químicos", explicou Jonikas. “Quantificar o crescimento de um mutante individual nos permitiu ver quais genes contribuem para o sucesso em cada ambiente e começar a vincular muitos desses genes a características adaptativas”.
Este estudo representou 78% dos genes de Chlamydomonas – quase 14.000 – fornecendo uma estrutura para priorizar quais genes são bons candidatos para mais pesquisas e permitindo que os cientistas comecem a formular hipóteses sobre as possíveis funções de genes mal compreendidos em organismos fotossintéticos.
"Prevemos que nosso trabalho irá orientar a caracterização funcional de genes em toda a árvore da vida", disse Grossman.
"Estamos muito felizes em ver como os recursos gerados pelos cientistas da Carnegie estão capacitando a comunidade de pesquisa e avançando no campo em uma escala tão ampla", acrescentou Zhiyong Wang, diretor interino do Departamento de Biologia Vegetal da Carnegie.
O conhecimento adquirido com esta pesquisa pode sustentar estratégias para melhorar os rendimentos de importantes culturas de alimentos e biocombustíveis em um mundo em aquecimento, bem como programas para capturar e armazenar a poluição de carbono da atmosfera.
