Mudanças climáticas alteram o crescimento das plantas

Pesquisadores identificam como as mudanças climáticas alteram o crescimento das plantas.

O aquecimento global afeta mais do que apenas a biodiversidade vegetal – ele também altera a forma como as plantas crescem. Uma equipe de pesquisadores da Universidade Martin Luther Halle-Wittenberg (MLU) uniu forças com o Leibniz Institute for Plant Biochemistry (IPB) para descobrir quais processos moleculares estão envolvidos no crescimento da planta. Na edição atual da revista de renome internacional Current Biology, o grupo apresenta as últimas descobertas sobre o mecanismo que controla o crescimento em altas temperaturas. No futuro, isso poderia ajudar a criar plantas que se adaptem ao aquecimento global.

As plantas reagem muito mais sensivelmente às flutuações de temperatura do que os animais. Eles também não conseguem procurar locais mais quentes ou mais quentes. “Quando as temperaturas aumentam, as plantas crescem mais. Suas hastes se tornam mais altas e suas folhas se tornam mais estreitas e se afastam. No entanto, isso torna a planta mais instável em geral”, explica o professor Marcel Quint, cientista agrícola da MLU. Isso é notado, por exemplo, durante a colheita de grãos. As plantas instáveis dobram-se mais rapidamente na chuva e geralmente produzem menos biomassa. Existe também uma redução na proporção de substâncias-chave, como proteínas, que podem ser armazenadas na semente de grãos.

A espécie 'Nevadensia purpurea', que corre o risco de desaparecer das montanhas europeias nas próximas décadas, segundo especialistas.

“Embora a correlação entre a temperatura e o crescimento da planta no nível macro seja relativamente bem compreendida, ainda há muitas questões abertas no nível molecular. Estamos apenas começando a entender como as plantas detectam as mudanças de temperatura e traduzem isso em reações específicas”, Quint continuou.

Estudos anteriores mostraram que a proteína PIF4 controla diretamente o crescimento da planta e que essa proteína também depende da temperatura. Quando está frio, a PIF4 é menos ativo – ou seja, a planta não cresce. Em temperaturas mais elevadas, a PIF4 ativa genes que promovem o crescimento e a planta cresce mais alto. “Até agora, não estava claro como a planta sabe quando ativar o PIF4 e quanto deve ser liberado. Houve grandes lacunas em nosso conhecimento sobre a via de sinalização exata do crescimento controlado por temperatura”

E é precisamente isso que o grupo de pesquisa em Halle descobriu. Eles investigaram o comportamento de crescimento das mudas da agulha de erva modelo (Arabidopsis thaliana). Normalmente, suas mudas formam hastes curtas a 20°C (68°Fahrenheit). Essas hastes se tornam consideravelmente mais longas a 28°C (82.4°F). No laboratório, os cientistas identificaram plantas com um defeito de gene que ainda só formou hastes curtas a 28°C. Então eles procuraram por possíveis motivos dessa falta de crescimento. Eles descobriram um hormônio que ativa a PIF4 em altas temperaturas, produzindo assim a proteína. Esta reação não ocorreu nas plantas mutadas. “Descobrimos agora o papel deste hormônio especial na via de sinalização e descobrimos um mecanismo através do qual o processo de crescimento é positivamente regulado a altas temperaturas”.

As descobertas do grupo de pesquisa da Halle podem ajudar a criar plantas no futuro que permanecem estáveis mesmo em altas temperaturas e são capazes de produzir rendimentos suficientes. Para conseguir isso, os resultados da pesquisa básica sobre plantas modelo devem ser transferidos para plantas cultivadas como cereais.

Figura 4

BZR1 Positivamente regula a expressão de PIF4 em temperaturas elevadas

(A) análise de qRT-PCR dos níveis de expressão de PIF4 . As mudas foram cultivadas durante 7 dias a 20°C. As plantas de controle foram deixadas a 20°C e as plantas induzidas pelo calor foram deslocadas para 28°C para as luzes apagadas (ZT16) e colhidas 4 horas mais tarde em ZT20. AT1G13320 (PP2AA3) serviu como o gene de referência. As barras de erro representam SEM, n = 3 repetições biológicas. Em (A) – (D), as mudas foram cultivadas sob fotoperíodos LD e foram tratadas como na Figura 3 D.

(B) Ensaios de protoplastos de células de mesofila Col-0 em que um PIF4pro: LUC foi co-transfectado com uma construção CFP (controle negativo) ou BZR1 .

(C) Estrutura do gene PIF4 simplificado com caixas G e E no promotor.

(D) BZR1 liga-se diretamente ao promotor de PIF4. O ChIP de BZR1 usando as mudas 35S :: BZR1-GFP (cultivadas a 20°C constante ou deslocado para 28°C) mostra enriquecimento em caixas G e E no promotor PIF4 em mudas de 28°C. O AT1G13320 (PP2AA3) foi utilizado como um controle negativo. As barras de erro mostram SEM de replicações técnicas. As mudas foram tratadas como descrito na Figura 3 D. O experimento foi repetido de forma independente com resultados semelhantes.

(E) Modelo simplificado que integra o mecanismo identificado neste estudo na compreensão atual da sinalização de termomorfogênese de disparo dependente de PIF4. Neste modelo, os BRs atuam a jusante de PIF4 e auxina para regular o crescimento de alongamento através de BZR1 em resposta a temperaturas ambientes elevadas. Em um loop de amplificação avançada de resposta, o BZR1 pode induzir a transcrição de PIF4, possivelmente em complexo com outros PIFs (não mostrados aqui), para (1) ativar a ativação cooperativa eficiente de genes promotores do crescimento e (2) aumentar a PF4> Auxina > BR parte do percurso. (ecodebate)