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Um novo estudo de pesquisadores da Michigan State University ressalta que ainda temos muito a aprender sobre como as plantas funcionarão – e quão nutritivas elas serão – à medida que mais carbono entra em nossa atmosfera.
Esse mesmo influxo de carbono está ajudando a impulsionar as mudanças climáticas, o que significa que este novo trabalho, publicado na revista plantas da natureza, pode estar revelando uma maneira inesperada como esse fenômeno global está remodelando a natureza e nossas vidas.
“O que estamos vendo é que há uma ligação entre mudança climática e nutrição”, disse Berkley Walker, professor assistente do Departamento de Biologia Vegetal, cuja equipe de pesquisa é a autora do novo relatório. “Isso é algo que não sabíamos que estaríamos investigando quando começamos.”
Embora níveis elevados de dióxido de carbono possam ser bons para a fotossíntese, Walker e seu laboratório também mostraram que o aumento dos níveis de CO2 pode mexer com outros processos metabólicos nas plantas. E esses processos menos conhecidos podem ter implicações para outras funções, como a produção de proteínas.
“Plantas gostam de CO2. Se você der a elas mais, elas produzirão mais comida e crescerão”, disse Walker, que trabalha na Faculdade de Ciências Naturais e no Laboratório de Pesquisa de Plantas do Departamento de Energia da MSU. “Mas e se você conseguir uma planta maior com menor teor de proteína? Na verdade, ela será menos nutritiva.”
É muito cedo para dizer com certeza se as plantas enfrentarão um futuro com baixo teor de proteína, disse Walker. Mas a nova pesquisa levanta questões surpreendentes sobre como as plantas produzirão e metabolizarão os aminoácidos – que são os blocos de construção das proteínas – com mais dióxido de carbono por perto.
E quanto mais trabalharmos para abordar essas questões agora, mais bem preparados estaremos para enfrentar o futuro, disse o primeiro autor do relatório e pós-doutorando, Xinyu Fu.
“Quanto mais sabemos sobre como as plantas usam diferentes caminhos metabólicos em ambientes flutuantes, melhor podemos encontrar maneiras de manipular o fluxo metabólico e, finalmente, projetar plantas para serem mais eficientes e nutritivas”, disse Fu.
Se a princípio as plantas não tiverem sucesso, há fotorrespiração
Os fundamentos da fotossíntese são notoriamente diretos: as plantas retiram água e dióxido de carbono de seus arredores e, com a energia da luz do sol, transformam esses ingredientes em açúcar e oxigênio.
Mas às vezes esse processo começa com o pé esquerdo. A enzima responsável pela coleta de dióxido de carbono pode, em vez disso, agarrar-se às moléculas de oxigênio.
Isso produz um subproduto que, se não for controlado, basicamente sufocaria a planta, disse Walker. Felizmente, no entanto, as plantas desenvolveram um processo chamado fotorrespiração que limpa o subproduto nocivo e permite que a enzima dê outro golpe na fotossíntese.
A fotorrespiração não é tão famosa quanto a fotossíntese, e às vezes tem uma má reputação porque absorve carbono e energia que poderiam ser usados para produzir alimentos. Por mais ineficiente que seja, a fotorrespiração é melhor do que a alternativa.
“É como reciclar”, disse Walker. “Seria ótimo se não precisássemos, mas, já que estamos gerando lixo, podemos usá-lo.”
Para fazer seu trabalho, a fotorrespiração incorpora carbono em outras moléculas ou metabólitos, alguns dos quais são aminoácidos, os precursores das proteínas.
“Portanto, a fotorrespiração não é apenas reciclagem, pode ser upcycling”, disse Walker.
Há uma razão pela qual Walker usou “pode ser” em vez de “é” em sua declaração. A fotorrespiração ainda guarda alguns mistérios, e o destino de seus metabólitos é um deles.
investigação metabólica
Quando se trata de onde terminam os aminoácidos produzidos pela fotorrespiração, uma teoria estabelecida é que eles permaneceram em um circuito fechado. Isso significa que os metabólitos produzidos no processo são restritos a um grupo seleto de organelas e processos bioquímicos.
Agora, os pesquisadores da MSU mostraram que nem sempre é esse o caso. Em particular, eles mostraram que os aminoácidos glicina e serina são capazes de escapar dos limites desse circuito fechado.
O que acontece com os compostos é uma questão persistente e que pode se tornar cada vez mais importante à medida que os níveis de dióxido de carbono aumentam.
As plantas fotorrespiram menos quando há mais dióxido de carbono disponível, então os cientistas precisarão investigar mais profundamente como as plantas produzem e usam esses aminoácidos em geral, disse Walker.
Por enquanto, porém, ele e sua equipe estão entusiasmados por terem chegado a essa descoberta, que não foi uma tarefa trivial. Envolvia alimentar as plantas com um tipo especial de dióxido de carbono no qual os átomos de carbono tinham um nêutron a mais do que o carbono normalmente encontrado na atmosfera.
Um nêutron é uma partícula subatômica e, como tal, tem uma massa muito pequena. Se você pegar um clipe de papel, cortá-lo em um trilhão de pedaços e depois cortar um desses pedaços em mais um trilhão, os pedaços menores teriam aproximadamente a mesma massa de um nêutron.
Mas a colaboração da MSU tinha as ferramentas e os conhecimentos necessários para medir essa sutil diferença de massa. Essas medições, juntamente com a modelagem computacional, permitiram aos pesquisadores acompanhar esse carbono ligeiramente robusto e ver como as plantas o integram em diferentes estágios metabólicos quando as condições favorecem a fotorrespiração.
“Essa nova técnica permitiu uma compreensão melhor e mais quantitativa de importantes vias metabólicas nas plantas”, disse Fu. “Com a nova abordagem de fluxo, começamos a revelar o estado dinâmico das vias metabólicas e a compreender o metabolismo como um sistema completo.”
“Eu disse que meu laboratório poderia fazer isso no meu formulário de emprego, mas não tinha certeza se funcionaria”, disse Walker, que ingressou na MSU em 2018. O fato de ter funcionado é um crédito para a equipe do jornal. , que também inclui o estudante de pós-graduação Luke Gregory e o professor assistente de pesquisa Sean Weise.
Mas outros colegas da MSU também ajudaram, incluindo o distinto professor da Universidade Thomas Sharkey, o professor Yair Shachar-Hill e a equipe do Núcleo de Espectrometria de Massa e Metabolômica.
“Vir para a MSU permitiu que isso acontecesse de maneira única”, disse Walker.
Este trabalho foi apoiado pelo Escritório de Ciências do Departamento de Energia dos EUA, com contribuições do Instituto MSU para Pesquisa Cibernética, do Centro de Pesquisa em Bioenergia dos Grandes Lagos e da National Science Foundation.
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