Uma versão sintética da auxina e seu receptor de proteína (azul claro) aninham-se, criando um par de engenharia que se comporta exatamente como o natural. Crédito:Keiko Torii / Universidade de Washington / Instituto Médico Howard Hughes e Shinya Hagihara / Universidade de Nagoya
Um hormônio projetado em laboratório pode desvendar mistérios guardados pelas plantas.
Ao desenvolver uma versão sintética do hormônio vegetal auxina e um receptor projetado para reconhecê-la, O investigador Keiko Torii e seus colegas do Howard Hughes Medical Institute (HHMI) estão prontos para descobrir o funcionamento interno das plantas.
O novo trabalho, descrito em 22 de janeiro, 2018, no jornal Nature Chemical Biology , é "uma ferramenta transformadora para entender o crescimento e o desenvolvimento das plantas, "diz Torii, um biólogo vegetal da Universidade de Washington. Esse entendimento pode ter grandes implicações agrícolas, levantando a possibilidade, por exemplo, de uma nova maneira de amadurecer morangos e tomates.
Para as plantas, o hormônio auxina é rei. Entre muitos outros empregos, auxina ajuda os girassóis a rastrear a luz do sol, raízes crescem para baixo, e os frutos amadurecem. Esta ampla gama de empregos, bem como o fato de que cada célula em uma planta pode produzir e detectar auxina, torna difícil separar as várias funções do hormônio. "Tem sido um grande mistério como uma molécula tão simples pode fazer tantas coisas diferentes, "Torii diz.
Ela e seus colegas decidiram criar uma nova maneira de estudar as respostas das plantas à auxina, projetando uma versão do hormônio feita em laboratório que pode ser controlada com precisão. Trabalhando com químicos sintéticos no Japão, os pesquisadores adicionaram uma pequena saliência à estrutura da auxina - anéis de hidrocarbonetos que a auxina normalmente não contém. Os pesquisadores então ajustaram o receptor de auxina das plantas, uma proteína que fica do lado de fora das células vegetais e detecta auxina. Desta vez, os pesquisadores removeram um aminoácido volumoso do receptor, criando um orifício de tamanho perfeito que contém a auxina feita em laboratório. Essa mudança simples, chamada de estratégia de "colisão e buraco", "é muito elegante, na realidade, "Torii diz.
Normalmente, o hormônio auxina torna as raízes curtas. Um novo, versão sintética do hormônio faz a mesma coisa, pesquisadores descobriram. A exposição a níveis crescentes de auxina sintética (da esquerda para a direita) diminuiu o comprimento da raiz em mudas projetadas para detectar o hormônio. Crédito:N. Uchida et al./ Nature Chemical Biology 2018
Próximo, os pesquisadores testaram se este conjunto combinado - a auxina sintética e o receptor sintético - poderia fazer o mesmo trabalho que o par auxina / receptor natural das células. O sistema intrincadamente projetado funcionou lindamente, experimentos em raízes mostraram.
Normalmente, raízes expostas à auxina param de crescer, e, em vez disso, crescem lateralmente, ativando células-tronco que se desprendem da raiz principal. Torii compara o processo, chamado desenvolvimento lateral da raiz, para alienígenas estourando pelos estômagos. Depois de detectar auxina sintética, As plantas de Arabidopsis geneticamente modificadas para produzir o receptor sintético de auxina se comportavam como o normal - crescendo as mesmas bolinhas laterais dos ramos da raiz.
O que mais, raízes que não tinham o receptor de auxina sintético eram essencialmente "cegas" para auxina sintética, prova de que o hormônio artificial é detectado apenas pelo receptor artificial. Torii e seus colegas chamam essa mudança para auxina sintética de "sequestro químico" - uma aquisição bem controlada que agora permitirá aos pesquisadores desvendar a teia emaranhada de trabalhos da auxina nas plantas.
Com o sistema instalado e funcionando, os pesquisadores testaram uma questão de longa data em biologia vegetal. Os cientistas sabiam que as mudas em germinação usam auxina para crescer rapidamente. Mas a identidade do receptor exato que permite que esse processo aconteça não foi definida.
Após o tratamento com auxina, as raízes normais das plantas começam a ramificar-se para o lado. Após o tratamento com auxina sintética, plantas projetadas para detectar o hormônio fazem a mesma coisa (galhos de raízes irregulares mostrados). Crédito:N. Uchida et al./ Nature Chemical Biology 2018
A comunidade científica tinha um suspeito em mente. A equipe de Torii produziu uma planta que não tinha um receptor de auxina chamado TIR1, e, em vez disso, possuía uma versão sintética. Quando exposto a auxina artificial, essas mudas começaram a crescer rapidamente, comportando-se exatamente como se tivessem o receptor normal. Os resultados sugerem que o alongamento da semente realmente ocorre por meio do receptor TIR1.
Outras questões científicas fundamentais podem ser abordadas com este sistema, Torii diz, como o papel da auxina no amadurecimento do milho e na abertura dos estômatos, as estruturas que permitem que as plantas respirem.
Um dia, A auxina sintética pode até encontrar um lugar na agricultura. Auxin é atualmente pulverizado em frutas para acelerar o amadurecimento. Mas em altas concentrações, o hormônio pode atuar como um herbicida que mata as plantas. Frutas projetadas para transportar o receptor sintético podem ser amadurecidas com o hormônio auxina sintético, Torii diz, eliminando a necessidade de pulverizar auxina indiscriminadamente. Mas, ela adverte, muito mais testes precisam ser feitos antes que um sistema de hormônio sintético possa ser usado para o cultivo de alimentos.
