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Fatores de alcalinização rápida (RALFs) são necessários para a germinação e alongamento do tubo polínico, um processo essencial na fertilização das plantas. Mas seu papel nas plantas monocotiledôneas permanece inexplorado. Em um novo estudo, cientistas da Coréia identificaram OsRALF17 e OsRALF19 no arroz e determinaram suas funções na germinação e crescimento do tubo polínico. Este estudo fornece novos insights sobre o papel dos RALFs na fertilização do arroz, abrindo caminho para maior rendimento de grãos.
A dupla fertilização é um mecanismo complexo em plantas com flores, em que duas células espermáticas se fundem com o saco embrionário. Para conseguir isso, o pólen liberado pelas anteras deve interagir com o estigma da planta, hidratar e germinar em tubos polínicos. Assim, a germinação e o alongamento do tubo polínico são cruciais para a dupla fertilização, que, por sua vez, influencia o rendimento de grãos das plantas cultivadas.
O processo de fertilização requer hormônios peptídicos chamados fatores de alcalinização rápida (RALFs), que estão envolvidos na transdução de sinal. Estudos têm demonstrado que RALFs desempenham um papel importante no crescimento do tubo polínico. No entanto, seu papel em plantas monocotiledôneas como o arroz permanece inexplorado.
Agora, uma equipe de pesquisadores da Coréia, liderada pelo professor assistente Yu-Jin Kim, do Departamento de Ciências da Vida e Bioquímica Ambiental da Universidade Nacional de Pusan, incluindo o estudante de doutorado Eui-Jung Kim, da Universidade Kyung Hee, identificou e caracterizou dois peptídeos RALF em arroz (Oryza sativa). Sua pesquisa foi disponibilizada on-line no Jornal de Biologia Vegetal Integrativa em 17 de maio de 2023.
A equipe analisou sequências de proteínas do banco de dados do Rice Genome Annotation Project e identificou 41 genes RALF. Entre eles, OsRALF17 e OsRALF19 foram expressos em grandes quantidades no pólen e nos tubos polínicos especificamente. Os pesquisadores caracterizaram seus peptídeos correspondentes usando o sistema de múltiplas repetições palindrômicas regularmente interespaçadas agrupadas (CRISPR)/CRISPR-associated protein 9 (Cas9). Eles geraram mutantes knockout nos quais um ou ambos os genes RALF específicos de pólen não foram expressos. A falta de OsRALF17 e OsRALF19 A expressão causou esterilidade masculina quase total em arroz com defeitos na hidratação do pólen, germinação e crescimento do tubo, indicando sua importância crítica na reprodução masculina e produção de sementes. Curiosamente, quando os peptídeos sintéticos OsRALF17 e OsRALF19 foram aplicados exogenamente aos mutantes knockout, eles reverteram alguns de seus defeitos de fertilidade.
Explicando as aplicações reais de RALFs, o Dr. Kim diz: “Os peptídeos RALF podem controlar a fertilização nas plantas, agindo como hormônios químicos naturais e biocontroladores”. Para testar o potencial dos OsRALFs exógenos como biocontroladores, a equipe adicionou os dois peptídeos em baixas concentrações a plantas normais de arroz, o que aumentou o alongamento do tubo polínico. Além disso, o efeito parecia ser dependente da dose porque os OsRALFs inibiram a germinação e o crescimento do tubo polínico em concentrações mais altas. Portanto, os OsRALFs podem controlar o equilíbrio do crescimento do tubo.
Por fim, os pesquisadores conduziram experimentos transcriptômicos e proteômicos para entender o mecanismo de ação de OsRALF17 e OsRALF19. Eles descobriram que ambos os peptídeos se ligam a um receptor de proteína chamado Oryza sativa transferência de gene masculino defeituoso 2 (OsMTD2) e transmite sinais via espécies reativas de oxigênio, o que facilita a germinação do tubo polínico e mantém a integridade do arroz.
Este estudo fornece novos insights sobre o papel de RALFs e OsMTD2 na fertilização de plantas de arroz, potencialmente beneficiando a agricultura. “O arroz é uma das culturas alimentares mais importantes, e a mudança climática global requer novos recursos genéticos e cultivares para uma melhor produção agrícola. Como o desenvolvimento de novas cultivares requer linhas masculinas estéreis, o controle da fertilidade masculina por meio de peptídeos RALF ou linhas mutantes RALF pode ser útil para melhoramento de culturas. Além disso, os recursos genéticos úteis do arroz podem ser aplicados a outras plantas cultivadas”, conclui o Dr. Kim.
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