Para manter a comida na mesa em
um mundo em aquecimento, pesquisadores estão reforçando a imunidade das plantas
contra o calor.
Quando as ondas de calor
atingem, elas não afetam apenas as pessoas – as plantas das quais dependemos
para nossa alimentação também sofrem. Isso porque quando as temperaturas ficam
muito altas, certas defesas das plantas não funcionam tão bem, deixando-as mais
suscetíveis a ataques de patógenos e pragas de insetos.
Agora, os cientistas dizem que
identificaram uma proteína específica nas células vegetais que explica por que
a imunidade vacila à medida que a temperatura aumenta. Eles também descobriram
uma maneira de reverter a perda e reforçar as defesas das plantas contra o
calor.
As descobertas publicadas em
29/06/2022 na revista Nature, foram encontradas em uma planta esguia com flores
brancas chamada Arabidopsis thaliana, que é o “rato de laboratório” da pesquisa
de plantas. Se os mesmos resultados se mantiverem nas colheitas, seria uma boa
notícia para a segurança alimentar em um mundo em aquecimento, disse o biólogo
da Duke University e autor correspondente Sheng-Yang He.
Os cientistas sabem há décadas que temperaturas acima do normal suprimem a capacidade de uma planta de produzir um hormônio de defesa chamado ácido salicílico, que ativa o sistema imunológico da planta e impede os invasores antes que causem muito dano. Mas a base molecular desse colapso da imunidade não foi bem compreendida.
Em meados da década de 2010, He e sua então estudante de pós-graduação Bethany Huot descobriram que mesmo breves ondas de calor podem ter um efeito dramático nas defesas hormonais das plantas Arabidopsis, deixando-as mais propensas à infecção por uma bactéria chamada Pseudomonas syringae.
Normalmente, quando esse
patógeno ataca, os níveis de ácido salicílico nas folhas de uma planta aumentam
7 vezes para impedir que as bactérias se espalhem. Mas quando as temperaturas
sobem acima de 86 graus por apenas dois dias – nem mesmo três dígitos – as
plantas não podem mais produzir hormônio de defesa suficiente para impedir que
a infecção se instale.
“As plantas contraem muito mais
infecções em temperaturas quentes porque seu nível de imunidade basal está
baixo”, disse ele. “Então queríamos saber, como as plantas sentem o calor? E
podemos realmente consertá-lo para tornar as plantas resistentes ao calor?”
Na mesma época, uma equipe diferente
descobriu que moléculas nas células vegetais chamadas fitocromos funcionam como
termômetros internos, ajudando as plantas a sentir temperaturas mais quentes na
primavera e ativar o crescimento e a floração.
Então, ele e seus colegas se
perguntaram: essas mesmas moléculas sensíveis ao calor poderiam ser o que está
derrubando o sistema imunológico quando as coisas esquentam e ser a chave para
trazê-lo de volta?
Para descobrir, os
pesquisadores pegaram plantas normais e plantas mutantes cujos fitocromos
estavam sempre ativos, independentemente da temperatura, infectaram-nas com a
bactéria P. syringae e as cultivaram a 73 e 82 graus para ver como elas se
comportavam. Mas os mutantes do fitocromo se saíram exatamente como as plantas
normais: eles ainda não conseguiam produzir ácido salicílico suficiente quando
as temperaturas subiam para evitar infecções.
Os coautores Danve Castroverde
e Jonghum Kim passaram vários anos fazendo experimentos semelhantes com outros
suspeitos de genes, e essas plantas mutantes também adoeceram durante os
períodos de calor. Então eles tentaram uma estratégia diferente. Usando
sequenciamento de última geração, eles compararam leituras de genes em plantas
de Arabidopsis infectadas em temperaturas normais e elevadas. Descobriu-se que
muitos dos genes que foram suprimidos em temperaturas elevadas foram regulados
pela mesma molécula, um gene chamado CBP60g.
O gene CBP60g age como um interruptor mestre que controla outros genes, então qualquer coisa que desregula ou “desliga” CBP60g significa que muitos outros genes também são desligados – eles não produzem as proteínas que permitem que uma célula vegetal se construa ácido salicílico.
Folhas de plantas de Arabidopsis cultivadas em diferentes temperaturas e infectadas com a bactéria P. syringae. Plantas que tinham um gene chamado CBP60g constantemente ligado foram capazes de manter as bactérias afastadas apesar do calor (canto inferior direito).
Outros experimentos revelaram
que a maquinaria celular necessária para começar a ler as instruções genéticas
no gene CBP60g não se monta adequadamente quando fica muito quente, e é por
isso que o sistema imunológico da planta não pode mais fazer seu trabalho.
A equipe foi capaz de mostrar
que as plantas mutantes de Arabidopsis que tiveram seu gene CBP60g
constantemente “ligado” foram capazes de manter seus níveis de hormônio de
defesa elevados e bactérias afastadas, mesmo sob estresse térmico.
Em seguida, os pesquisadores
descobriram uma maneira de projetar plantas resistentes ao calor que ligavam o
interruptor mestre CBP60g apenas quando sob ataque e sem prejudicar seu
crescimento – o que é crítico se as descobertas ajudarem a proteger as defesas
das plantas sem afetar negativamente o rendimento das colheitas.
As descobertas podem ser uma
boa notícia para o fornecimento de alimentos inseguros pela mudança climática,
disse ele.
O aquecimento global está
piorando as ondas de calor, enfraquecendo as defesas naturais das plantas. Mas
já, até 40% das colheitas de alimentos em todo o mundo são perdidas para pragas
e doenças a cada ano, custando à economia global cerca de US$ 300 bilhões.
Ao mesmo tempo, o crescimento populacional está aumentando a demanda mundial por alimentos. Para alimentar os estimados 10 bilhões de pessoas esperadas na Terra até 2050, as previsões sugerem que a produção de alimentos precisará aumentar em 60%.
Mudanças climáticas representam riscos à saúde.
Um quarto de todas as doenças e
mortes que ocorrem no mundo pode ser atribuído a fatores ambientais. Por esse
motivo, a OMS reconheceu a importância da Conferência do Clima para o futuro da
saúde global.
Quando se trata de segurança
alimentar futura, ele diz que o verdadeiro teste será se a estratégia deles
para proteger a imunidade em plantas de Arabidopsis também funciona nas
plantações.
A equipe descobriu que as
temperaturas elevadas não apenas prejudicam as defesas do ácido salicílico em
plantas de Arabidopsis – elas têm um efeito semelhante em plantas cultivadas
como tomate, colza e arroz.
Experimentos de acompanhamento
para restaurar a atividade do gene CBP60g em colza até agora estão mostrando os
mesmos resultados promissores. Na verdade, genes com sequências de DNA
semelhantes são encontrados em plantas, diz ele.
Em Arabidopsis, impedir que o
interruptor principal CPB60g sentisse o calor não apenas restaurou os genes
envolvidos na produção de ácido salicílico, mas também protegeu outros genes
relacionados à defesa contra temperaturas mais quentes.
“Conseguimos tornar todo o sistema imunológico da planta mais robusto em temperaturas quentes”, disse ele. “Se isso também for verdade para as plantas cultivadas, é realmente um grande problema, porque temos uma arma muito poderosa”.
Trabalho foi um esforço conjunto entre a equipe de He e colegas da Universidade de Yale, da Universidade da Califórnia, Berkeley, e da Universidade Agrícola Tao Chen Huazhong na China. Um pedido de patente foi depositado com base neste trabalho. (ecodebate)
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