Organelas de formação livre ajudam as plantas a se adaptarem às mudanças climáticas
Crédito:Meng Chen/UCR A capacidade das plantas de sentir a luz e a temperatura, e a sua capacidade de adaptação às alterações climáticas, depende de estruturas de formação livre nas suas células, cuja função era, até agora, um mistério.
Pela primeira vez, os investigadores da UC Riverside determinaram como estas estruturas funcionam a nível molecular, bem como onde e como se formam. Esta informação está descrita em duas novas Nature Communications papéis.
Os cientistas há muito estudam compartimentos ligados à membrana, chamados organelas, em células vegetais, como o aparelho de Golgi, as mitocôndrias e, mais significativamente, o núcleo, onde o DNA é copiado e transcrito em RNA.
No entanto, sabe-se muito menos sobre as organelas sem membrana que podem se montar e desmontar dinamicamente dentro do núcleo, como os fotocorpos que ajudam a detectar a luz e a temperatura nas plantas.
"Houve uma época em que as pessoas chamavam esses corpos fotográficos de 'latas de lixo', porque não os entendiam. Quando as pessoas não entendem algo, chamam-no de inútil. Mas não são inúteis", disse Meng, professor de botânica da UCR. Chen, autor sênior de ambos os artigos. "Eles são uma nova fronteira na ciência."
Parte do desafio no estudo de fotocorpos, ou organelas sem membrana em geral, é que as moléculas entram e saem deles constantemente. Isso torna difícil distinguir a função dos componentes dentro das organelas e daqueles fora. Além disso, esses fotocorpos só se formam na luz.
Chen passou duas décadas trabalhando neste problema antes de seu laboratório encontrar um método que ajudasse a desvendar o mistério da função das organelas.
No passado, ele removia um gene em uma planta de laboratório e tentava observar quaisquer mudanças nos fotocorpos e nas respostas à luz ou à temperatura das plantas. Esta abordagem produziu sucesso parcial.
Seu laboratório identificou um gene que impossibilitava a montagem de organelas sem membrana. A eliminação desse gene tornou as plantas parcialmente cegas à luz. “Vimos que essas organelas estão envolvidas na detecção de luz, mas percebemos que isso era uma correlação, não uma causa”, disse Chen.
Para saber mais, os pesquisadores tentaram aumentar o tamanho das organelas, em vez de eliminá-las. Esta estratégia, detalhada num dos novos artigos, revelou-se bem-sucedida. Com organelas maiores, foi possível perceber a função.
"O que vimos, em última análise, é que as organelas sem membrana ajudam as plantas a distinguir toda uma gama de diferentes intensidades de luz. Sem elas, as plantas não seriam capazes de 'ver' as mudanças na intensidade da luz", disse Chen.
Em um conjunto relacionado de experimentos, descritos no segundo Nature Communications artigo, os pesquisadores testaram a relação entre essas organelas e a temperatura. Anteriormente, o grupo havia demonstrado que se a temperatura aumenta, o número dessas organelas diminui.
O grupo teorizou que a sensibilidade à temperatura seria uma função de onde as organelas se formaram na célula. Outros pesquisadores propuseram que a formação das organelas é aleatória, mas Chen suspeitou que não fosse esse o caso.
“Não há muita coisa na natureza que seja completamente aleatória”, disse Chen. “No aeroporto as pessoas se reúnem no meio do nada ou geralmente ficam nas áreas de espera e nos balcões das companhias aéreas? Qualquer coisa que tenha uma função importante geralmente não é aleatória”.
Acontece que a formação de fotocorpos também não é aleatória. Mais da metade deles está perto dos centrômeros, a região de um cromossomo que abriga genes silenciados.
A 16 graus, havia nove tipos de organelas sem membrana nas células. A 27 graus, o número caiu para apenas cinco tipos. Embora todos eles contenham a proteína fitocromo B, sensível à temperatura, algumas dessas organelas são sensíveis à temperatura e outras não.
No futuro, os pesquisadores esperam mostrar que é possível alterar a sensibilidade das plantas à luz e à temperatura, manipulando o local onde as organelas se formam. Isto é particularmente importante se as pessoas quiserem continuar a cultivar culturas alimentares num mundo mais quente e brilhante.
A Califórnia cultiva metade das frutas e vegetais do país. Mas os cientistas estimam que, sem a mitigação das emissões de gases com efeito de estufa, as temperaturas médias no estado poderão aumentar 11 graus até ao final do século, o que teria um impacto sério no crescimento das culturas.
“Para prever e mitigar as alterações climáticas, precisamos de compreender como as plantas sentem e respondem ao seu ambiente, especialmente à temperatura”, disse Chen. “A temperatura não está relacionada apenas ao crescimento e tamanho. Está relacionada a tudo:época de floração, desenvolvimento dos frutos, resposta a patógenos e imunidade.”
