Proteínas sensíveis à luz fizeram as plantas dominarem o planeta

As plantas contêm vários tipos de proteínas sensíveis à luz especializadas que medem a luz mudando de forma após a absorção de luz. O principal deles são os fitocromos.

O fitocromo ajuda a planta a detectar a direção, intensidade e duração da luz; A hora do dia; se é o início, meio ou fim de uma temporada; e até a cor da luz, importante para evitar sombras de outras plantas. Notavelmente, os fitocromos também ajudam as plantas a detectar a temperatura.

A nova pesquisa ajuda a explicar como o punhado de fitocromos encontrados em cada planta responde de maneira diferente à intensidade da luz e à temperatura, permitindo assim que as plantas terrestres colonizassem o planeta há muitos milhões de anos e permitindo que se aclimatassem a uma ampla variedade de ambientes terrestres.

O novo trabalho aparece nos Proceedings of the National Academy of Sciences.

Pela primeira vez, os pesquisadores caracterizaram totalmente a família dos fitocromos da planta modelo comum Arabidopsis thaliana em um nível bioquímico.

Os cientistas também ampliaram essa caracterização para os fitocromos de duas importantes culturas alimentares: milho e batata. Em vez de descobrir que todas as isoformas do fitocromo são idênticas, eles encontraram diferenças surpreendentes.

“Um grande obstáculo para a compreensão de como os fitocromos direcionam a maioria dos aspectos do crescimento e desenvolvimento das plantas é definir como as isoformas relacionadas funcionam coletivamente e exclusivamente para regular atividades celulares específicas”, diz Richard D. Vierstra, professor de biologia da Universidade de Washington em St. Louis.

As plantas normalmente expressam três ou mais fitocromos. Era bem conhecido que as plantas podem responder a amplas faixas de intensidades de luz, mas outros fatores, como níveis de expressão e potencial de sinalização, foram considerados os prováveis ​​culpados.

“Agora sabemos que as diferentes propriedades biofísicas das isoformas também sustentam os potenciais de sinalização únicos dentro das famílias de fotorreceptores fitocromos”, diz Vierstra.

“Essas propriedades são evidentes em famílias Phy em plantas que variam de Arabidopsis a milho e batata, indicando que provavelmente surgiram muito cedo na evolução do fitocromo.”

Uma compreensão mais profunda dessas proteínas permitirá que os cientistas usem os fitocromos como ferramentas tanto na agricultura quanto para pesquisas no campo da optogenética, que explorou os fitocromos para controlar precisamente os eventos celulares simplesmente pelo brilho da luz.

“É impressionante como os dois principais fitocromos de Arabidopsis respondem a diferentes níveis de luz, onde baixos níveis de luz semelhantes a sombras pesadas podem ativar quase totalmente a isoforma PhyA, enquanto a isoforma PhyB requer quase sol pleno para se tornar totalmente ativa”, diz Zachary. Gannam, pós-doutorado em biologia e co-autor do novo artigo.

Os resultados também mostram por que PhyB pode ter o maior papel em como as plantas percebem a temperatura – algo que se tornará ainda mais importante em um mundo em aquecimento.

“A luta de uma planta pela sobrevivência é estranha para nós. Eles estão enraizados no lugar e devem se adaptar ao seu ambiente imediato ou perecerão ”, diz E. Sethe Burgie, cientista pesquisador em biologia e co-autoria do novo artigo.

“As respostas graduais à luz são importantes para manter o crescimento da planta sob controle adequado, à medida que a planta se adapta ao seu ambiente”, continua ele.

“Eles provavelmente são essenciais para detectar o aumento ou o declínio das horas do dia, para permitir a floração e o plantio de sementes na estação adequada.”

Nos próximos meses, os pesquisadores planejam modificar e cultivar plantas que manifestem diferentes variações e combinações dos fitocromos incluídos neste estudo de laboratório, com o objetivo de modificar a sensação de luz e temperatura das lavouras para benefício agrícola.

Fonte: Washington University em St. Louis, Proceedings of the National Academy of Sciences.

DOI de estudo original: 10.1073 / pnas.2105649118