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Cientistas do Instituto Max Planck de Fisiologia Molecular de Plantas em Potsdam (Alemanha) analisaram pela primeira vez a herança de cloroplastos sob uma ampla gama de condições ambientais. Ao contrário da visão predominante de que os cloroplastos são transmitidos apenas pela planta-mãe, os cloroplastos paternos também podem ser transmitidos aos descendentes em condições de frio. Os cloroplastos materno e paterno encontram-se assim na prole e podem ser capazes de trocar material genético entre si. As novas descobertas podem permitir que criadores de plantas pela primeira vez usem seletivamente características do material genético dos cloroplastos.
Uma história de flores e abelhas é a clássica introdução a um tema ainda pouco discutido em nossa sociedade: o sexo nas plantas! Quando as plantas se reproduzem, os espermatozóides dentro dos grãos de pólen se fundem com o óvulo dentro da flor em que o pólen pousou. Desta forma, o material genético dos núcleos celulares de ambos os pais é combinado na semente. Isso é importante, pois permite eliminar mutações nocivas que, de outra forma, se acumulariam no material genético ao longo de gerações.
Organelas abrigam seu próprio genoma
Além do material genético no núcleo da célula, as mitocôndrias e os cloroplastos também abrigam material genético. As mitocôndrias são os motores de combustão das células. Células animais e vegetais os utilizam para queimar carboidratos e utilizar a energia liberada para seu metabolismo. As plantas também possuem cloroplastos. Eles contêm o pigmento verde clorofila e são as usinas de energia solar das células. Os cloroplastos permitem que as plantas coletem energia solar em um processo conhecido como fotossíntese para produzir carboidratos.
As mitocôndrias e os cloroplastos têm seu próprio material genético, porque se originam de bactérias que foram incorporadas pelos ancestrais das células animais e vegetais modernas há mais de um bilhão de anos. Mitocôndrias e cloroplastos estabeleceram uma comunidade simbiótica dentro da célula, e os ex-companheiros de quarto agora se tornaram indispensáveis para a sobrevivência das plantas.
É sabido que os genomas das mitocôndrias e dos cloroplastos, ao contrário do material genético no núcleo celular, não são herdados igualmente do pai e da mãe. Ambos são transmitidos quase exclusivamente pela mãe, porque ou não entram no esperma ou seu material genético é degradado no pólen. Se as mitocôndrias e os cloroplastos da mãe e do pai nunca se encontrarem, eles não podem fazer sexo para trocar material genético. Portanto, mutações genéticas prejudiciais devem se acumular ao longo de gerações e, eventualmente, resultar no colapso do genoma.
Cientistas avaliaram quase quatro milhões de plantas
Cientistas do Instituto Max Planck de Fisiologia Molecular de Plantas descobriram agora que, ao contrário da crença comum, as plantas de tabaco podem rotineiramente transmitir cloroplastos da planta pai sob certas condições ambientais. Os pesquisadores primeiro criaram plantas-mãe com cloroplastos resistentes a um antibiótico. Essas plantas foram então expostas a várias condições ambientais, como calor, frio, seca e luz forte durante a maturação do pólen. O pólen dessas plantas foi usado para polinizar plantas-mãe não modificadas.
As sementes produzidas a partir deste cruzamento foram cultivadas em meio de cultura contendo o antibiótico apropriado. Como apenas os cloroplastos paternos sobrevivem neste meio, as células contendo cloroplastos da planta pai aparecem verdes, enquanto as plantas com apenas cloroplastos herdados da mãe são pálidas, pois esses cloroplastos desbotam devido à sua sensibilidade ao antibiótico. Como os cloroplastos herdados do pai são extremamente raros, os cientistas tiveram que examinar quase quatro milhões de mudas para mostrar que a proporção de cloroplastos herdados do pai era 150 vezes maior sob tratamento frio do que sob temperatura normal.
Herança de cloroplastos pode ser manipulada
Após esse sucesso inicial, os pesquisadores se aprofundaram nos detalhes: “Sabemos que o frio retarda a atividade das enzimas. Suspeitamos, portanto, que uma enzima poderia estar envolvida no bloqueio da herança paterna dos cloroplastos”, comenta Enrique Gonzalez-Duran, que foi também envolvidos no estudo. Os cientistas produziram seletivamente plantas portadoras de uma enzima defeituosa que normalmente degrada o material genético dos cloroplastos durante a maturação do pólen. Plantas com a enzima defeituosa também mostraram grande aumento da herança paterna de cloroplastos. Quando combinados, o defeito enzimático e a aplicação de frio durante o desenvolvimento do pólen levaram a uma taxa de herança paterna de dois a três por cento. “Isso pode não parecer muito, mas é gigantesco comparado a uma chance em 100.000 de isso ocorrer em condições normais. Será muito interessante descobrir se os cloroplastos herdados da mãe e do pai realmente trocam material genético entre si”, diz Kin Pan Chung, outro autor do estudo.
A descoberta de que a herança dos cloroplastos pode ser controlada pela temperatura e mudanças nas enzimas individuais da planta abre possibilidades completamente novas para o melhoramento de plantas. “Como se pensava anteriormente que as mitocôndrias e os cloroplastos eram sempre herdados juntos e apenas da mãe, não havia como transmitir separadamente as características codificadas em seu material genético. A possibilidade de transmitir cloroplastos também do pai simplesmente colocando plantas em o frio pode abrir a porta para programas de criação completamente novos”, explica Ralph Bock, chefe do grupo de pesquisa.
Por que as mitocôndrias e os cloroplastos são em grande parte herdados da mãe ainda não está claro. O fato de esse tipo de herança poder responder com flexibilidade às condições ambientais provavelmente fará com que os biólogos evolutivos repensem algumas de suas teorias e modelos atuais. “Também mostra como é importante levar em conta as condições ambientais na pesquisa genética. Os cloroplastos nos levaram a acreditar por décadas que viviam em abstinência sexual, mas agora não podemos mais ter tanta certeza”, diz Bock.
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