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Cientistas revelaram um novo mecanismo que as plantas usam para sentir a temperatura. Essa descoberta pode levar a soluções para neutralizar algumas das mudanças deletérias no crescimento das plantas, floração e produção de sementes devido às mudanças climáticas. Os resultados são publicados hoje no PNAS.
O aumento das temperaturas em todo o mundo devido às mudanças climáticas está tendo consequências prejudiciais para as plantas. Elas tendem a florescer mais cedo do que antes e se apressar no processo reprodutivo, o que se traduz em menos frutas e sementes e biomassa reduzida.
Os cientistas agora estão trabalhando no relógio circadiano das plantas, que determina seu crescimento, metabolismo e quando florescem. O principal sensor térmico do relógio circadiano é o EARLY FLOWERING 3 (ELF3), uma proteína que desempenha um papel vital no desenvolvimento da planta. Ele integra vários sinais ambientais, como luz e temperatura, com sinais internos de desenvolvimento, para regular a expressão de genes de floração e determinar quando as plantas crescem e florescem.
Uma equipe do CEA, ESRF e CNRS determinou o mecanismo molecular de como o ELF3 funciona in vitro e na planta modelo Arabidopsis thaliana. À medida que a temperatura aumenta, o ELF3 passa por um processo chamado separação de fases. Isso significa que coexistem duas fases líquidas, de maneira semelhante ao óleo e à água. “Acreditamos que, quando passa pela separação de fases, sequestra diferentes proteínas parceiras, como fatores de transcrição, o que se traduz em crescimento mais rápido e floração precoce em função da temperatura elevada”, explica Chloe Zubieta, diretora de pesquisa do CNRS do Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Vegetale no CEA Grenoble (CNRS/Univ. Grenoble Alpes/CEA/INRAE UMR 5168) e co-autor correspondente da publicação. “Estamos tentando entender a biofísica do domínio semelhante ao príon dentro do ELF3, que acreditamos ser o responsável por essa separação de fases”.
A ELF3 é uma proteína flexível, sem estrutura bem definida, por isso não pode ser estudada por cristalografia de raios X, pois precisa estar em solução. Em vez disso, a equipe usou principalmente dispersão de raios X de baixo ângulo. Todos os modelos existentes mostraram que a estrutura estaria altamente desordenada. Então surgiu a surpresa: “Vi muitos domínios semelhantes a príons envolvidos na separação de fases, mas esta é a primeira vez que vejo algo fundamentalmente diferente”, explica Mark Tully, cientista do ESRF no BM29 e co-autor correspondente da publicação .
Os experimentos mostraram que o domínio tipo príon forma um oligômero monodisperso de ordem superior, que é vital para a separação de fases. Este oligômero parece ser uma bola de cerca de 30 cópias da proteína e atua como um andaime, o que provavelmente é necessário para interagir com outras proteínas na célula vegetal. Quando os pesquisadores aumentaram a temperatura, as esferas se juntaram para formar uma fase líquida e então, ao longo do tempo, uma pilha lamelar ordenada. Outras experiências, usando microscopia eletrônica, microscopia de força atômica e difração de pó de raios X na linha de luz ID23-1, confirmaram os resultados.
“Se conseguirmos sintonizar quando a separação de fases ocorre em função da temperatura, por meio da mutação de diferentes resíduos de aminoácidos, poderemos atrasar a floração das plantas em condições mais quentes, permitindo que estabeleçam mais biomassa e produzam mais frutas e sementes”, explica Stephanie Hutin, cientista do CEA e primeiro autor do artigo. “Portanto, o próximo passo nesta pesquisa será adicionar uma forma diferente do gene ELF3 à planta modelo Arabidopsis thaliana e ver o que acontece quando as cultivamos em temperaturas quentes. Se nosso modelo estiver correto, poderíamos fazer o o mesmo em espécies de cultivo que têm problemas para se adaptar a condições mais quentes”, conclui ela.
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