As plantas que habitam a Terra têm a incrível capacidade de crescer continuamente por centenas de anos, e sempre em direção à luz do sol, que lhes fornece a energia necessária para brotar.
Na origem desse crescimento estão as mudanças em seu ambiente, como variações de luz, temperatura e umidade. Mas novos estímulos das atuais mudanças climáticas estão interrompendo o crescimento normal das plantas.

Como doutorando em bioquímica na Universidade de Québec, em Montreal, estou interessado na estrutura das proteínas vegetais e estudar as maneiras pelas quais as plantas se adaptam a estresses ambientais (seca, frio, deficiências) em nível molecular para selecionar variantes para a agricultura.

A longevidade inigualável de Pando

A floresta mais antiga do planeta, chamada Pando, tem 80.000 anos. Localizado em Utah, contém 40.000 (clones) geneticamente idênticos de álamos tremedores ou trêmulos. A colônia se comunica por meio de uma única rede raiz.

O Pando é considerado o organismo vivo mais antigo do mundo. Esta colônia se originou 30.000 anos antes do primeiro Homo sapiens instalou-se na Europa. Pando, portanto, deu testemunho da totalidade da vida humana moderna:os impérios da China e de Roma, as guerras mundiais e também os maiores feitos da humanidade.

No entanto, os álamos da colônia não crescem sem parar há 80.000 anos. Por um lado, seu desenvolvimento é orquestrado pelas estações do ano. Por outro lado, devem controlar seu crescimento de desenvolvimento de acordo com suas necessidades e capacidades físicas para enfrentar as agressões externas. Ao interromper os estímulos ambientais externos, a atual crise climática afeta diretamente essa regulação normal do crescimento.

O segredo do crescimento das plantas está enterrado na célula

As plantas formam novos órgãos, como folhas, flores ou raízes, conforme necessário para responder a um estímulo externo do ambiente. Por exemplo, uma mudança no período de exposição à luz durante a primavera desencadeia a floração.

Esses estímulos têm como alvo o DNA ativando genes específicos para o desenvolvimento de cada órgão para formar uma planta adulta. O DNA é comparável a um dicionário de genes que contém o código das peculiaridades físicas da planta. Esses genes são as palavras vivas que devem ser lidas para expressar seu significado e as informações que contêm.

Da germinação das sementes à reprodução das flores e à formação de caules, raízes e folhas, todas as fases de desenvolvimento e crescimento das plantas são devidas a um fenômeno de leitura de genes. Para ler os genes, são necessários ativadores específicos para cada uma das palavras. Se as condições ambientais mudarem e forem propícias ao crescimento, esses ativadores se posicionarão na frente do gene para lê-lo e expressá-lo e levar ao crescimento específico do órgão codificado pelo gene.

As proteínas DELLA determinam o crescimento

As plantas não podem se dar ao luxo de crescer indefinidamente por causa dos custos de energia do crescimento. Além disso, assim como os animais que hibernam, as plantas param de crescer durante o inverno, ficando adormecidas para sobreviver à estação. Para fazer isso, as plantas bloqueiam a leitura dos genes graças a proteções chamadas proteínas DELLA.

Encontradas apenas em plantas, essas proteínas foram constantes ao longo da evolução. Eles são encontrados principalmente em musgos, samambaias, coníferas e plantas com flores. Os DellAs estão localizados no núcleo da célula, mais próximo do DNA. Eles são produzidos continuamente e podem bloquear ativadores de genes.

Para amadurecer, as plantas devem destruir os DELLA para liberar os ativadores. As plantas desenvolveram um sistema para rotular essas proteínas para influenciar seu destino na célula de acordo com suas necessidades. Para degradar os DellAs, a célula adiciona uma pequena proteína, chamada ubiquitina, à sua superfície. A ubiquitina funciona como um selo postal que diz à célula para entregar os DELLA em um novo destino, uma "lixeira celular", onde serão degradados.

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O estresse climático bloqueia a degradação da DELLA

Inundações ou secas estão aumentando em todo o planeta. Por causa de sua imobilidade, as plantas não podem fugir desses ataques externos. Esses novos parâmetros ambientais estressam as plantas selvagens e as culturas agrícolas, interrompendo seu crescimento, o que significa que elas devem economizar energia para sobreviver em vez de crescer, e não devem degradar as proteínas DELLA.

Isso exige que as proteínas DELLA sejam rotuladas de outra maneira, por meio de um primo da ubiquitina, que os cientistas chamaram de SUMO. O SUMO substitui a ubiquitina e serve de bóia salva-vidas para que não se degrade.

De fato, a rotulagem SUMO é feita exatamente no mesmo local onde a ubiquitina deve ser adicionada. A presença de SUMO não permite mais a adição de ubiquitina, que permite que as plantas sobrevivam a eventos climáticos adversos.

Na atual crise climática, é importante investigar e entender esse mecanismo de crescimento vegetal na esperança de manter a sustentabilidade nas culturas agrícolas. Os pesquisadores estão trabalhando ativamente para isolar ou selecionar plantas capazes de ativar rapidamente o SUMO para crescer em condições ambientais adversas.