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Nas manhãs frias e brilhantes, você pode se aconchegar sob o edredom ou pular e aproveitar o dia.
No entanto, para as plantas fotossintetizantes, esse tipo de madrugada significa perigo, então elas desenvolveram sua própria maneira de tornar as manhãs frias toleráveis.
A pesquisa liderada pelo John Innes Center descobriu um mecanismo de “enfrentamento” do frio que está sob o controle do relógio biológico da planta e pode oferecer soluções para criar mais resiliência em culturas menos adequadas a climas frios.
“Identificamos um novo processo que ajuda as plantas a tolerar o frio. É controlado pelo relógio biológico das plantas e achamos que pode ser especialmente importante nas manhãs frias e claras”, diz o professor Antony Dodd, líder do grupo no John Innes Centro.
“Culturas como trigo de inverno e colza de inverno experimentam temperaturas frias durante os períodos de cultivo”, continua ele. “Achamos que o mecanismo que descobrimos pode fornecer maior resiliência da fotossíntese a temperaturas frias. Representa um alvo interessante para o futuro cultivo de precisão de culturas resilientes ao clima.”
As temperaturas frias podem danificar as células das plantas, principalmente quando combinadas com muita luz ou durante temperaturas congelantes. Daí porque aquelas manhãs frias e brilhantes são tão perigosas para as plantas.
Os pesquisadores queriam saber como as informações sobre baixas temperaturas são transmitidas aos cloroplastos, o local da fotossíntese dentro de uma célula vegetal, essencial para todas as nossas principais culturas.
Os cloroplastos contêm seu próprio pequeno genoma que reflete seu passado evolutivo como bactérias fotossintéticas, antes de serem engolfados e cooptados pelas plantas para realizar a fotossíntese. Ao longo da evolução, muitos genes do cloroplasto foram transferidos para o genoma nuclear da planta, mas os cloroplastos mantiveram alguns genes essenciais.
Nesta pesquisa, a equipe se concentrou em um desses legados genéticos bacterianos chamado fator sigma (SIG5). Nas bactérias, fatores sigma comparáveis contribuem para as respostas à temperatura.
Em experimentos conduzidos em condições controladas de laboratório, eles manipularam as condições de luz e submeteram as plantas a períodos de resfriamento.
A remoção das plantas do ciclo diurno e noturno permite que os pesquisadores estudem melhor os ritmos de funcionamento livre do relógio biológico ou circadiano da planta. Nas plantas, como nos humanos, o relógio está alinhado ao ciclo de 24 horas, oferecendo uma medida de tempo dentro das células e regulando uma série de processos biológicos essenciais.
Os experimentos mostraram sensibilidade do gene SIG5 ao tratamento frio no início da manhã, sob o controle do relógio circadiano.
A equipe teoriza que o SIG5 opera como parte de uma rede de sinalização que liga o núcleo da planta aos cloroplastos, regulando atividades que podem proteger a planta contra efeitos ambientais nocivos.
“Se a temperatura estiver baixa, algumas enzimas envolvidas na fotossíntese se decompõem rapidamente.” explica o professor Dodd. “Então, pensamos que o processo que é controlado pelos sinais do núcleo no cloroplasto para produzir mais dessas proteínas. Quando a planta vê frio e luz ao mesmo tempo, ela precisa ativar esse processo de sinalização do núcleo para os cloroplastos para fazer mais dessas proteínas da fotossíntese.”
O papel do relógio biológico é agir como um portão que deixa o sinal passar ou não, um processo conhecido como gating circadiano.
“As plantas podem ter evoluído para ser particularmente responsivas à luz e ao frio, como uma manhã de primavera, porque essas são as condições que danificam o sistema fotossintético. Em algum momento da evolução, elas selecionaram essa sensibilidade e cooptaram esse antigo mecanismo. Como muitos desses processos nas plantas, este acaba por estar sob o controle do relógio circadiano.”
O mecanismo foi mostrado para trabalhar no laboratório. A próxima etapa desta pesquisa é entender o impacto desse processo no campo. Uma aplicação intrigante é ver se o mecanismo pode ser modificado para aumentar ainda mais a tolerância ao frio, por exemplo, para cultivar plantas menos tolerantes ao frio, como o milho, em latitudes mais ao norte.
A pesquisa é uma colaboração entre o Centro John Innes, a Universidade de Bristol, o Instituto de Tecnologia de Tóquio e a Nippon Telegraph and Telephone Corporation no Japão e a Universidade de Durham.
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