Quando as ondas de calor atingem, elas não afetam apenas as pessoas – as plantas das quais dependemos para nossa alimentação também sofrem.
Pela Universidade Duke com informações de Phys.
Quando as temperaturas ficam muito altas, certas defesas das plantas não funcionam tão bem, deixando-as mais suscetíveis a ataques de patógenos e pragas de insetos.
Agora, os cientistas dizem que identificaram uma proteína específica nas células vegetais que explica por que a imunidade vacila à medida que o mercúrio aumenta. Eles também descobriram uma maneira de reverter a perda e reforçar as defesas das plantas contra o calor.
As descobertas, publicadas em 29 de junho na revista Nature , foram encontradas em uma planta esguia com flores brancas chamada Arabidopsis thaliana, que é o “rato de laboratório” da pesquisa de plantas. Se os mesmos resultados também se mantiverem nas colheitas, seria uma boa notícia para a segurança alimentar em um mundo em aquecimento, disse o biólogo da Duke University e autor correspondente Sheng-Yang He.
Os cientistas sabem há décadas que temperaturas acima do normal suprimem a capacidade de uma planta de produzir um hormônio de defesa chamado ácido salicílico , que ativa o sistema imunológico da planta e impede os invasores antes que causem muito dano. Mas a base molecular desse colapso da imunidade não foi bem compreendida.
Em meados da década de 2010, He e sua então estudante de pós-graduação Bethany Huot descobriram que mesmo breves ondas de calor podem ter um efeito dramático nas defesas hormonais das plantas Arabidopsis, deixando-as mais propensas à infecção por uma bactéria chamada Pseudomonas syringae.
Normalmente, quando esse patógeno ataca, os níveis de ácido salicílico nas folhas de uma planta aumentam 7 vezes para impedir que as bactérias se espalhem. Mas quando as temperaturas sobem acima de 86 graus por apenas dois dias – nem mesmo três dígitos – as plantas não podem mais produzir hormônio de defesa suficiente para impedir que a infecção se instale.
“As plantas contraem muito mais infecções em temperaturas quentes porque seu nível de imunidade basal está baixo”, disse ele. “Então, queríamos saber, como as plantas sentem o calor? E podemos realmente consertá-lo para tornar as plantas resistentes ao calor?”
Na mesma época, uma equipe diferente descobriu que moléculas nas células vegetais chamadas fitocromos funcionam como termômetros internos, ajudando as plantas a sentir temperaturas mais quentes na primavera e ativar o crescimento e a floração.
Então, ele e seus colegas se perguntaram: essas mesmas moléculas sensíveis ao calor poderiam ser o que está derrubando o sistema imunológico quando as coisas esquentam e ser a chave para trazê-lo de volta?
Para descobrir, os pesquisadores pegaram plantas normais e plantas mutantes cujos fitocromos estavam sempre ativos, independentemente da temperatura, infectaram-nas com a bactéria P. syringae e as cultivaram a 73 e 82 graus para ver como elas se comportavam. Mas os mutantes do fitocromo se saíram exatamente como as plantas normais: eles ainda não conseguiam produzir ácido salicílico suficiente quando as temperaturas subiam para evitar infecções.
Os co-primeiros autores Danve Castroverde e Jonghum Kim passaram vários anos fazendo experimentos semelhantes com outros suspeitos de genes, e essas plantas mutantes também adoeceram durante os períodos de calor. Então eles tentaram uma estratégia diferente. Usando sequenciamento de última geração, eles compararam leituras de genes em plantas de Arabidopsis infectadas em temperaturas normais e elevadas. Descobriu-se que muitos dos genes que foram suprimidos em temperaturas elevadas foram regulados pela mesma molécula, um gene chamado CBP60g.
O gene CBP60g age como um interruptor mestre que controla outros genes, então qualquer coisa que desregula ou “desliga” o CBP60g significa que muitos outros genes também são desligados – eles não produzem as proteínas que permitem que uma célula vegetal construa salicílico ácido.
Outros experimentos revelaram que a maquinaria celular necessária para começar a ler as instruções genéticas no gene CBP60g não se monta adequadamente quando fica muito quente, e é por isso que o sistema imunológico da planta não pode mais fazer seu trabalho.
A equipe foi capaz de mostrar que as plantas mutantes de Arabidopsis que tiveram seu gene CBP60g constantemente “ligado” foram capazes de manter seus níveis de hormônio de defesa e bactérias sob controle, mesmo sob estresse térmico.
Em seguida, os pesquisadores descobriram uma maneira de projetar plantas resistentes ao calor que ligavam o interruptor mestre CBP60g apenas quando sob ataque e sem prejudicar seu crescimento – o que é crítico se as descobertas ajudarem a proteger as defesas das plantas sem afetar negativamente o rendimento das colheitas .
As descobertas podem ser uma boa notícia para o fornecimento de alimentos inseguros pela mudança climática, disse ele.
O aquecimento global está piorando as ondas de calor, enfraquecendo as defesas naturais das plantas. Mas já, até 40% das colheitas de alimentos em todo o mundo são perdidas para pragas e doenças a cada ano, custando à economia global cerca de US$ 300 bilhões.
Ao mesmo tempo, o crescimento populacional está aumentando a demanda mundial por alimentos. Para alimentar os estimados 10 bilhões de pessoas esperadas na Terra até 2050, as previsões sugerem que a produção de alimentos precisará aumentar em 60% .
Quando se trata de segurança alimentar futura , ele diz que o verdadeiro teste será se a estratégia deles para proteger a imunidade nas plantas de Arabidopsis funciona também nas plantações.
A equipe descobriu que temperaturas elevadas não apenas prejudicam as defesas do ácido salicílico em plantas de Arabidopsis , mas têm um efeito semelhante em plantas cultivadas como tomate, colza e arroz.
Experimentos de acompanhamento para restaurar a atividade do gene CBP60g em colza até agora estão mostrando os mesmos resultados promissores. Na verdade, genes com sequências de DNA semelhantes são encontrados em plantas, diz ele.
Em Arabidopsis , impedir que o interruptor principal CPB60g sentisse o calor não apenas restaurou os genes envolvidos na produção de ácido salicílico, mas também protegeu outros genes relacionados à defesa contra temperaturas mais quentes.
“Conseguimos tornar todo o sistema imunológico da planta mais robusto em temperaturas quentes”, disse ele. “Se isso também é verdade para as plantas cultivadas, é um grande feito, porque temos uma arma muito poderosa.”
Este trabalho foi um esforço conjunto entre a equipe de He e colegas da Universidade de Yale, da Universidade da Califórnia, Berkeley, e da Universidade Agrícola Tao Chen Huazhong na China. Um pedido de patente foi depositado com base neste trabalho.
Mais informações: Sheng-Yang He, Strengthening the resilience of plant immunity to a warming climate, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04902-y. www.nature.com/articles/s41586-022-04902-y
