As suas descobertas fornecem uma nova meta para aumentar a resiliência das plantas face às alterações climáticas e oferecem uma nova visão sobre os microbiomas vegetais e animais.
Por Instituto Salk com informações de Science Daily.
Tanto as plantas como os animais dependem do ferro para o crescimento e regulação de microbiomas – coleções de bactérias, fungos e muito mais que coexistem em locais como o intestino humano ou o solo ao redor das raízes de uma planta. As plantas enfrentam um desafio especial na aquisição de ferro, uma vez que as estratégias que as plantas utilizam para aumentar a disponibilidade de ferro alteram o microbioma radicular e podem inadvertidamente beneficiar bactérias nocivas que vivem no solo.
Agora, os cientistas da Salk descobriram como as plantas controlam a deficiência de ferro sem ajudar as bactérias “más” a prosperar – eliminando o IMA1, o sinal molecular para a deficiência de ferro nas raízes em risco de ataque bacteriano.
Além disso, descobriram que mais IMA1 nas folhas pode torná-las mais resistentes ao ataque bacteriano, sugerindo que a via de sinalização da deficiência de ferro e o sistema imunitário das plantas estão profundamente interligados.
As descobertas foram publicadas na Nature em 10 de janeiro de 2024.
“Há uma relação estabelecida há muito tempo entre a nutrição do ferro vegetal e as bactérias”, diz o autor sênior Wolfgang Busch, professor e diretor executivo da Harnessing Plants Initiative de Salk.
“Explorar essa relação com mais nuances nos permitiu encontrar uma nova e surpreendente via de sinalização que as plantas usam para desligar a absorção de ferro como estratégia de defesa contra bactérias ameaçadoras que também alteram a resposta imunológica da planta”.
Como o ferro biodisponível (ferro num estado que as plantas e os animais podem utilizar) é um nutriente relativamente escasso, a deficiência de ferro – e o consequente crescimento atrofiado das plantas – não é incomum.
Como parar o crescimento não é o ideal, as plantas desenvolveram técnicas para estimular a absorção de ferro em ambientes com baixo teor de ferro.
Infelizmente, essas técnicas podem alterar todo o microbioma ao redor das raízes e aumentar a disponibilidade de ferro não apenas para a planta, mas também para as bactérias nocivas que vivem nas proximidades.
Para desvendar a complexa relação entre a saúde das plantas, os níveis de ferro e a ameaça bacteriana, os investigadores recorreram a uma pequena planta modelo chamada Arabidopsis thaliana.
Eles cultivaram a planta em substrato de crescimento com baixo e alto teor de ferro (solo) e, em seguida, adicionaram fragmentos de flagelos (pequenas caudas que as bactérias usam para se mover) para imitar a presença de bactérias.
“Nós levantamos a hipótese de que haveria algum tipo de competição entre a planta e as bactérias pelo ferro”, diz o primeiro autor Min Cao, pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Busch.
“Mas descobrimos que quando as plantas se sentem ameaçadas por bactérias nocivas, elas estão dispostas a parar de adquirir ferro e a parar de crescer – elas se privarão para privar o inimigo”.
Quando as raízes foram expostas a flagelos em ambientes com baixo teor de ferro, as plantas desenvolveram uma resposta inesperada: em vez da esperada batalha pelo ferro entre a planta e as bactérias, a planta perdeu imediatamente ao eliminar o sinal de deficiência de ferro IMA1.
Quando as raízes foram expostas a flagelos em ambientes ricos em ferro, o IMA1 não foi eliminado, mas não precisou ser expresso, uma vez que os níveis de ferro eram suficientes.
Nas plantas que eliminaram o IMA1 em resposta ao baixo teor de ferro e flagelos, os pesquisadores encontraram outra surpresa: quanto mais IMA1, mais resistentes eram as folhas das plantas ao ataque bacteriano.
Esta observação levou à conclusão de que a disponibilidade de ferro e a sinalização da deficiência de ferro ajudam a orquestrar a resposta imunológica da planta.
Busch acredita que o IMA1 pode ser um alvo útil para otimizar a imunidade das plantas, o que se tornará cada vez mais importante à medida que o clima do planeta continuar a mudar e as doenças começarem a evoluir mais rapidamente.
Descobrir que as plantas irão interromper a absorção de ferro e interromper o seu crescimento face a bactérias potencialmente prejudiciais é o início de uma história muito mais longa sobre a resiliência das plantas, os microbiomas vegetais e animais e as alterações climáticas.
“Os micróbios determinam o destino do carbono no solo, portanto, descobrir como as plantas reagem e impactam o microambiente do solo pode nos ensinar muito sobre como otimizar o armazenamento de carbono nas plantas”, diz Busch, que também é Hess Chair em Plant Science na Salk.
“Relacionado, compreender como as plantas regulam a sinalização e as respostas imunitárias face às escassezes ambientais, como as deficiências de ferro, será crucial à medida que os cientistas otimizam a saúde das plantas no nosso clima em constante mudança.”
No futuro, os investigadores irão explorar se o direcionamento do IMA1 pode alterar a resistência das plantas às doenças e como exatamente as células individuais nas raízes das plantas interrompem a via de sinalização do IMA1.
Aprender sobre as raízes das plantas pode ensinar aos cientistas sobre outros tecidos de absorção, como o intestino humano, para que possam compreender melhor a intersecção dos microbiomas dos mamíferos, do sistema imunológico e do ferro para otimizar a saúde.
Outros autores incluem Matthieu Pierre Platre, Ling Zhang, Tatsuya Nobori, Yingtong Chen, Wenrong He, Lukas Brent e Joseph Ecker de Salk; Huei-Hsuan Tsai e Niko Gelder da Universidade de Lausanne; e Laia Armengot e Nuria Coll do Centro de Pesquisa em Genômica Agrícola de Bellaterra, Espanha.
O trabalho foi apoiado pelos Institutos Nacionais de Saúde (R01GM127759, NCI CCSG: P30 014195), pelo Programa de Ciência da Fronteira Humana (LT000661/2020-L), pela Fundação Chapman, pelo Helmsley Charitable Trust, pelo Ministério de Universidades, pela União Europeia , o Ministério de Ciência e Inovação e Agência Estatal de Investigação (PID2019-108595RB-I00, 10.13039/501100011033, TED2021-1311457B-I00), o Ministério de Ciência e Tecnologia de Taiwan (111-2917-I-564-021) e o Centros de Pesquisa da Catalunha.
Fonte da história:
Materiais fornecidos pelo Instituto Salk. Nota: O conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e comprimento.
Referência do periódico :
Min Cao, Matthieu Pierre Platre, Huei-Hsuan Tsai, Ling Zhang, Tatsuya Nobori, Laia Armengot, Yintong Chen, Wenrong He, Lukas Brent, Nuria S. Coll, Joseph R. Ecker, Niko Geldner, Wolfgang Busch. Spatial IMA1 regulation restricts root iron acquisition on MAMP perception. Nature, 2024; DOI: 10.1038/s41586-023-06891-y
