Compreendendo a respiração das plantas:estudo identifica a interação proteica chave por trás dos movimentos estomáticos rítmicos

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Imagens de folhas da planta modelo Arabidopsis thaliana com estômatos principalmente fechados (esquerda) e abertos (direita) (marcados com pontas de seta) Crédito:CRAG

Em um estudo publicado na Nature Communications , os pesquisadores decifraram o mecanismo molecular que regula os movimentos rítmicos dos estômatos ao longo do dia.

Os estômatos consistem em duas células-guarda emparelhadas (GC) e o poro entre elas, cujo tamanho depende do inchaço ou encolhimento das células, aumentando ou diminuindo a abertura estomática. As aberturas estomáticas ideais são determinadas pela integração de diferentes fatores ambientais e internos.

Em geral, o fechamento ocorre no escuro e sob estresse hídrico em resposta ao hormônio do estresse ABA (ácido abscísico) para evitar a perda de água, enquanto a luz induz a abertura dos estômatos para permitir CO₂ absorção e O₂ liberação durante o dia.

Para compreender completamente os mecanismos que controlam os movimentos estomáticos, investigadores do Centro de Investigação em Genómica Agrícola liderados por Elena Monte estudaram a planta modelo Arabidopsis thaliana em períodos de luz e escuridão controladas para monitorizar a abertura dos estômatos e identificar as proteínas e genes envolvidos, utilizando métodos de biologia molecular. bem como análises de bioinformática.

Os pesquisadores descobriram que uma família de proteínas denominadas PIFs (Phytochrome Interacting Factors) se acumula no final do período noturno e que esta é uma etapa crucial para induzir a abertura dos estômatos pela manhã.

Os PIFs são fatores de transcrição que controlam a expressão de certos genes e, neste caso, os pesquisadores determinaram que o acúmulo de PIFs desencadeia a expressão do gene KAT1, um potássio específico da célula guarda (K⁺ ) canal que controla a quantidade de íons e, portanto, a quantidade de água que entra nessas células. Pela manhã, a presença de luz ativa a proteína KAT1, desencadeando a ingestão de íons potássio e o inchaço das células-guarda, causando a abertura dos estômatos.

Nil Veciana e Arnau Rovira, co-autores do trabalho, destacam a importância dos resultados num cenário experimental "sem restrições hídricas e, portanto, com níveis endógenos de ABA", condições em que há abertura rítmica dos estômatos e o a resposta regulatória aos ciclos escuro/claro pode ser avaliada.

Esquema resumindo as principais conclusões do estudo. Crédito:CRAG

Na verdade, esta interação entre a função PIF e a sinalização endógena ABA nas células guarda é fundamental para a regulação dinâmica dos estômatos. Durante a noite, o ABA endógeno é necessário para manter os estômatos fechados, enquanto pela manhã é necessária uma redução no ABA para a abertura dos estômatos induzida pela luz e regulada pelo PIF.

Embora os estômatos fossem conhecidos por terem movimentos rítmicos e as proteínas responsáveis pela abertura e fechamento já fossem conhecidas, esta é a primeira vez que o mecanismo transcricional exato que regula a abertura dos estômatos durante o dia/noite foi elucidado. Além disso, a identificação dos PIF e do KAT1 como intervenientes essenciais neste regulamento abre a possibilidade de novas vias de investigação e possíveis abordagens biotecnológicas.

A compreensão de como o ciclo claro/escuro regula a abertura estomática poderia ser usada para identificar alvos para otimizar o rendimento das plantas e a adaptação das plantas a diferentes fatores de estresse, por exemplo, em um ambiente com restrição de água e em condições de seca.

Mais informações: Arnau Rovira et al, reguladores transcricionais PIF são necessários para movimentos estomáticos rítmicos, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-48669-4
Informações do diário: Comunicações da Natureza

Fornecido pelo Centro de Pesquisa em Genômica Agrícola (CRAG)

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