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Abaixo da superfície

Para desenvolver suas raízes, as plantas sentem a gravidade – os cientistas da ISTA observam de perto

Plantas em uma placa de Petri.  Pequenas mudas de agrião orelha-de-rato são cultivadas em placas de Petri
Plantas em uma placa de Petri. Pequenas mudas de agrião orelha-de-rato são cultivadas em placas de Petri.

Usando a força da gravidade, as raízes abrem caminho através do solo para fornecer à planta suporte estrutural e nutrientes essenciais. Anastasia Teplova, do grupo Friml do Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria (ISTA), investiga o mecanismo por trás desse processo. Em celebração de Dia do Fascínio pelas Plantasela dá uma olhada no laboratório, mostrando pequenas mudas, um microscópio feito sob medida e uma nova descoberta.

Anastasia Teplova pega uma placa de Petri quadrada da bancada do laboratório e a segura contra a luz. No interior, mudas de minúsculo agrião orelha-de-rato (Arabidopsis thaliana; A.thaliana) – um organismo modelo em biologia – estão inseridos em um meio rico em nutrientes e crescendo alegremente. Ela coloca a placa de Petri de volta na mesa e pega outra diferente. “Olhe atentamente”, ela diz. “As mudas aqui parecem diferentes das outras, não é?” Suas raízes finas, que normalmente crescem para baixo, são direcionadas na direção completamente oposta. “Eles são modificados e carecem de três proteínas da família de proteínas chamada NGR (Resposta Gravitrópica Negativa das Raízes), que causa esse fenômeno”, explica Teplova. “A planta ainda é capaz de sobreviver, mas perdeu a capacidade de sentir a gravidade”.

As plantas dependem da atração gravitacional da Terra para orientar o seu crescimento, responder aos estímulos ambientais e ancorar-se no solo. O mecanismo molecular preciso por trás desta capacidade, no entanto, não é totalmente compreendido. Um artigo recentemente publicado em e-Vida por Teplova, Ivan Kulich, Julia Schmidt e Linlin Qi do grupo Friml do Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria (ISTA) fornece novos insights.

As plantas “sentem” a gravidade

Os brotos verdes vibrantes das plantas se estendem em direção ao sol, absorvendo toda a luz. Escondido da nossa vista, surge um mundo diferente, onde as raízes se expandem silenciosamente e se enroscam no solo. Mas como é que o fazem? “É um processo bastante complicado e bem regulamentado chamado 'gravitropismo'”, diz Teplova. As raízes exibem gravitropismo positivo, crescendo para baixo com a atração gravitacional da Terra, enquanto os brotos exibem gravitropismo negativo, crescendo para cima contra a gravidade. A gravidade na raiz é detectada nas células da columela na parte frontal da raiz, conhecida como ponta da raiz, com a ajuda de plastídios (compartimentos) especializados chamados “amiloplastos”.

“Os amiloplastos estão cheios de amido e são muito mais pesados ​​do que o que os rodeia”, continua Teplova. Em uma raiz horizontal, a gravidade faz com que eles se acumulem na parte inferior das células da columela. Isso desencadeia uma cascata de sinalização que resulta no acúmulo do hormônio vegetal auxina na parte inferior da raiz, causando curvatura da raiz para baixo. Passo a passo, isso facilita a descida gradual da raiz ao solo para acessar nutrientes e água.

O gravitropismo foi proposto pela primeira vez no modelo Cholodny-Went em 1927. Embora tenha sofrido modificações ao longo do tempo, o modelo resistiu em grande parte ao teste do tempo. No entanto, várias facetas da interação molecular permanecem indefinidas, por exemplo, como a detecção da gravidade está ligada à distribuição de auxina. Com seu projeto de doutorado, Teplova tenta descobrir mais sobre esse mistério.

“A vida de um pesquisador de plantas parece diferente a cada dia. Não se trata apenas de trabalho de laboratório, mas também de muita leitura, quantificação de dados e muitas horas no microscópio”, diz ela. Felizmente, a sala do microscópio fica a poucos passos de seu laboratório.

Veja ao vivo as moléculas nas raízes

Na sala de microscopia, Teplova imediatamente começa a trabalhar. Ela olha através da objetiva de um microscópio personalizado e gira cuidadosamente os botões para ajustar a imagem. Uma muda de agrião orelha-de-rato é colocada em um palco e Teplova dá um zoom em sua raiz.

“Você pode colocar uma planta verticalmente no microscópio e depois girá-la em um movimento completo de 360 ​​graus”, diz ela. “Fazemos filmes ao vivo das mudas crescendo na câmara de microscopia para ver como elas respondem à gravidade”. Os cientistas estão analisando principalmente proteínas nas células da columela, que não são visíveis a olho nu. Primeiro, eles devem ser rotulados com um corante fluorescente. Por exemplo, na publicação recente de Teplova and Co, os pesquisadores marcaram NGR (a perda de proteínas NGR desencadeia o caos no crescimento das raízes) e, em seguida, analisaram cuidadosamente onde ela se localiza dentro das células após a detecção da gravidade.

“Quando giramos a planta, o NGR mudou-se para o novo lado inferior das células da columela, junto com os amiloplastos”, diz Teplova. Da mesma forma, outra proteína chamada “proteína quinase D6 (D6PK)”, que ativa proteínas específicas que criam o fluxo de auxina, segue o mesmo padrão. Ao testar o agrião sem NGR, o D6PK não é mais realocado. Em essência, se um mecanismo não funcionar, o outro também será afetado, sugerindo assim uma interação entre os dois.

As descobertas lançam luz sobre os eventos que permitem às raízes das plantas reorientar o crescimento em resposta à gravidade. Eles apresentam um elo perdido que conecta a sedimentação dos amiloplastos à distribuição da auxina. “Ainda há muitas questões em aberto”, diz Teplova. “Um dos próximos passos será descobrir como essas proteínas estão interagindo”.

Dia do Fascínio pelas Plantas no Instagram

Além do grupo Friml, os grupos Benkova e Feng do ISTA também realizam pesquisas em plantas. Os tópicos variam desde sinalização hormonal, genética e reprodução sexual até características adaptativas das plantas. Sobre Dia do Fascínio pelas Plantas 2024muitos membros desses laboratórios trabalham juntos e compartilham fatos espetaculares sobre as plantas enquanto ocupam o centro das atenções na página do Instagram do Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria (ISTA).

Publicação:

I. Kulich, J. Schmid, A. Teplova, L. Qi e Jirí Friml. 2024. Translocação rápida de proteínas NGR que conduzem a polarização da proteína quinase D6 ativadora de PIN durante o gravitropismo radicular. e-Vida. DOI: 10.7554/eLife.91523

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