Controle remoto para plantas

As plantas têm poros microscopicamente pequenos na superfície das folhas, chamados estômatos. Isso ajuda as plantas a regular o influxo de dióxido de carbono para a fotossíntese. Eles também evitam a perda de muita água e o murchamento durante a seca.

Os poros estomáticos são circundados por duas células-guarda. Se a pressão interna dessas células cair, elas afrouxam e fecham o poro. Se a pressão aumentar, as células se separam e os poros se alargam.

Os movimentos estomáticos são, portanto, regulados pelas células-guarda. As vias de sinalização nessas células são tão complexas que é difícil para os humanos intervir diretamente nelas. No entanto, pesquisadores da Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg, na Baviera, Alemanha, encontraram uma maneira de controlar os movimentos dos estômatos remotamente - usando pulsos de luz .

Proteína sensível à luz de algas usada

Os pesquisadores conseguiram fazer isso introduzindo um interruptor sensível à luz nas células-guarda das plantas de tabaco . Essa tecnologia foi adotada da optogenética. Foi explorado com sucesso em células animais, mas a aplicação em células vegetais ainda está em sua infância.

A equipe liderada pelo biofísico JMU e especialista em células de guarda, Professor Rainer Hedrich, descreve sua abordagem na revista Science Advances . Os pesquisadores da JMU Shouguang Huang (primeiro autor), Kai Konrad e Rob Roelfsema estiveram significativamente envolvidos.

O grupo usou uma proteína sensível à luz da alga Guillardia theta como interruptor de luz, ou seja, o canal aniônico ACR1 do grupo das rodopsinas canal. Em resposta aos pulsos de luz, o switch garante que o cloreto flua para fora das células de guarda e o potássio o siga. As células guarda perdem pressão interna, afrouxam e o poro fecha em 15 minutos. “O pulso de luz é como um controle remoto para o movimento dos estômatos”, diz Hedrich.

Hipótese do canal de ânions confirmada

"Ao expor o ACR1 à luz, criamos uma ponte na própria cadeia de sinalização da célula, provando assim a hipótese de que a abertura dos canais de ânions é essencial e suficiente para o fechamento estomático", diz Hedrich. A exposição à luz impediu quase completamente a transpiração das plantas.

Com esse conhecimento, agora é possível cultivar plantas com um número maior de canais aniônicos nas células guarda . As plantas equipadas dessa maneira devem fechar seus estômatos mais rapidamente em resposta às ondas de calor que se aproximam e, assim, ser mais capazes de lidar com os períodos de seca.

"Canais de ânions de plantas são ativados durante o estresse; este processo é dependente de cálcio. Em um projeto de optogenética de acompanhamento, queremos usar canal-rodopsinas condutoras de cálcio para permitir especificamente que o cálcio flua para a célula das células-guarda por meio da exposição à luz e entender mecanismo de ativação do canal aniônico em detalhes ", diz Hedrich.

A pesquisa científica básica também pode se beneficiar dos resultados de Würzburg: "Nossa nova ferramenta optogenética tem um enorme potencial para pesquisa", diz o professor da JMU. "Com ele, podemos obter novos insights sobre como as plantas regulam seu consumo de água e como a fixação de dióxido de carbono e os movimentos estomáticos são acoplados."

Mais informações: Controle optogenético do potencial da membrana da célula guarda e movimento estomático pelo canal aniônico controlado por luz GtACR1, Science Advances (2021), disponivel aqui.