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Humanos moldaram “pulmões” de plantas de trigo

Novo estudo elucida processo de criação dos canais de ar nas folhas, o que pode levar ao desenvolvimento de plantas mais resistentes à seca

Visão geral uma folha de trigo, mostrando a camada epidérmica (roxo), subtendendo as células do mesofilo (verde) e um estômato, que consistindo de células-guarda e células subsidiárias associadas. Foto: Universidade de Sheffield

Uma equipe de cientistas descobriu como as plantas desenvolvem suas redes de canais de ar — os “pulmões” das folhas — para transportar o dióxido de carbono (CO2) para suas células.

Botânicos sabem desde o século 19 que as folhas têm poros — chamados de estômatos — e que abrigam em seu interior uma complexa rede de canais de ar. Mas, até agora, não se entendia como esses canais podiam surgir nos locais adequados para fornecer um fluxo constante de CO2 em cada célula da planta.

O novo estudo, publicado na revista Nature Communications e conduzido por cientistas do Instituto de Alimentos Sustentáveis da Universidade de Sheffield, no Reino Unido, utilizou técnicas de manipulação genética e revelou que quanto mais estômatos uma folha tem, mais canais de ar ela forma. Os canais atuam como bronquíolos — minúsculas passagens que transportam o ar para a superfície de troca dos pulmões, em humanos e animais.

Em colaboração com colegas da Universidade de Nottingham e da Universidade de Lancaster, também no Reino Unido, a equipe mostrou que o movimento do CO2 através dos poros provavelmente determina a forma e a escala da rede de canais de ar.

A descoberta marca um enorme passo para a compreensão da estrutura interna de uma folha, e como o funcionamento dos tecidos pode influenciar na maneira como elas se desenvolveram — o que poderia ter ramificações para além da botânica, em campos como, por exemplo, a biologia evolutiva. 

O estudo também mostra que as plantas de trigo foram cultivadas, ao longo de gerações de agricultores, para possuírem menos poros em suas folhas e menos canais de ar, o que torna suas folhas mais densas e permite que elas exijam menos água no cultivo.

Essa descoberta revela a possibilidade de que os cientistas possam fazer com que alguma culturas básicas, como o trigo, possam ter um rendimento maior alterando a estrutura interna de suas folhas. Esta abordagem está sendo testada pela primeira vez por outros cientistas do Instituto para Alimentos Sustentáveis, que já desenvolveram arroz e trigo adaptados para o clima, os quais podem sobreviver a condições extremas de seca.

“Até agora, a maneira como as plantas formam seus complexos padrões de canais de ar era um mistério para botânicos”, diz Andrew Fleming, professor do Instituto de Alimentos Sustentáveis da Universidade de Sheffield. “Essa descoberta mostra que o movimento do ar através das folhas molda seu funcionamento interno — o que tem implicações para a maneira como pensamos a evolução das plantas.”

“O fato de que os seres humanos já influenciaram inadvertidamente a forma como as plantas respiram, através da criação de trigo que usa menos água, sugere que podemos direcionar essas redes de canais de ar para desenvolver culturas que possam sobreviver às secas mais extremas que esperamos ver com o colapso climático”, ele adiciona.

“Por muito tempo, cientistas suspeitavam que o desenvolvimento dos estômatos e dos canais de ar em uma folha eram coordenados”, conta Marjorie Lundgren, professora da Universidade de Lancaster. “No entanto, não tínhamos certeza de qual dos dois levava ao outro. Então, surgiu a dúvida, do tipo “o que veio primeiro, o ovo ou a galinha?”

“Usando um conjunto inteligente de experimentos que envolveram análises de imagens de tomografia computadorizada, nossa equipe colaborativa respondeu a essa pergunta usando espécies com estruturas foliares muito diferentes. Mostramos que o desenvolvimento de estômatos é que inicia a expansão de espaços aéreos, mas também levamos isso a um nível acima, mostrando que os estômatos na verdade precisam estar trocando gases para que os canais de ar se expandam. Isso cria uma história muito mais interessante, ligada à fisiologia. “

O trabalho de imagem de raios-X foi realizado no Hounsfield Facility da Universidade de Nottingham. “Até recentemente, a aplicação de tomografias por raios-X em botânica tem se concentrado, principalmente, em visualizar a metade oculta da planta — ou seja, as raízes —  na medida que crescem no solo”, comenta o diretor da unidade, Professor Sacha Mooney.

“Agora, em parceria com os cientistas da Sheffield, desenvolvemos uma técnica para visualizar a estrutura celular de uma folha de planta em 3D — permitindo-nos observar como a complexa rede de canais aéreos no interior da folha controla seu comportamento. É muito animador”.

 

Universidade de Sheffield

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