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Plantas também têm hormônios, e manipulá-los pode melhorar produção de alimentos

Pesquisa mostra que vegetais exibem respostas surpreendentes a fatores de estresse como secas e pragas.

A Arabidopsis. Crédito: Shutterstock.

Nas próximas décadas, os danos à produção de alimentos que serão causados pela mudança climática vão se somar ao crescimento da população mundial e a um consequente salto na demanda por alimentos. Com esse horizonte, muitos pesquisadores se dedicam a desenvolver formas de tornar as plantas mais resistentes a fatores estressantes tais como peste e seca, tanto através do cultivo de variedades  convencionais como via  modificação genética. Mas ainda há muito por entender sobre como exatamente ocorrem as interações entre as plantas e seus ecosistemas, e de que forma a ciência pode modificar esses processos de forma a ajudá-las a se adaptar. 

Um grupo de pesquisadores do Instituto de Redes Biológicas, na Alemanha, pode ter encontrado uma maneira de ajudar. No começo de julho, eles publicaram um estudo na Nature mostrando que plantas conseguem se comunicar com o ambiente de uma maneira mais complexa do que se acreditava anteriormente. A investigação de um gênero de plantas revelou que a rede de processamento de informação, que é gerada por  hormônios, acontece através de mais de 2000 interações entre proteínas, das quais centenas nunca haviam sido observadas antes. “Vamos precisar de uma segunda Revolução Verde”, diz Shelley Lumba, bióloga botânica da Universidade de Toronto, que não estava envolvida no estudo. “Essas seriam boas candidatas a serem testadas.” 

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Enquanto os animais completam a maior parte de seu desenvolvimento ainda no útero, as plantas se mantém relativamente flexíveis durante suas vidas. Suas proteínas sensoriais detectam mudanças nas condições ambientais e então utilizam de hormônios para alterar seu comportamento ou sua fisiologia, de acordo com as mudanças.  Muitos caminhos já são bem conhecidos: o hormônio ABA, por exemplo, diz às plantas que fechem seus poros e conservem água durante os períodos de seca, ao dirigirem uma série de proteínas capazes de desligar suas funções celulares. 

No entanto, a grande flexibilidade dessas redes de hormônios é precisamente o que faz com que seja tão difícil modificá-las geneticamente, ou projetá-las para lidarem melhor com as alterações climáticas. A maioria das culturas geneticamente modificadas hoje  no mercado são produzidas adicionando-se o gene de uma bactéria ao genoma de uma planta, o que permite a elas resistir  a um herbicida ou inseticida, por exemplo. E mesmo que a opção disponível, que é a manipulação das proteínas, seja algo relativamente fácil de ser feito usando-se as novas técnicas de edição de genoma, “isso em geral causa alguma confusão nas plantas”, diz Eilon Shani, biólogo botânico na Universidade de Tel Aviv.

Para criar culturas que sejam capazes de resistir a fatores ambientais, os pesquisadores tradicionalmente têm recorrido a técnicas de cultivo tradicionais, utilizando a diversidade genética que existe naturalmente entre elas. Essa abordagem foi usada para desenvolver variedades de trigo que produzem níveis de altos de ABA, por exemplo. Em anos recentes, esse tipo de cultivo passou a ser significativamente mais difícil de se fazer,  diz Matthew Hudson, cientista de culturas na Universidade de Illinois em Urbana-Champaign. Um dos motivos para isso é que muitos países começaram a banir a exportação de sementes que possuem propriedades úteis, a fim de conservá-las como um recurso natural. 

As novas tecnologias, incluindo a tecnologia de edição de genoma CRISPR/Cas9, pode produzir alterações genéticas de forma relativamente simples. Porém, os cientistas que esperam manipular os genes de plantas devem antes saber exatamente o que estão procurando. Para isso, pode ser útil focar sistemas, ao invés de focar genes individuais. Para ativar suas defesas contra insetos, por exemplo, as plantas podem ter que desligar outros caminhos hormonais, tais como aqueles que promovem crescimento ou retenção de água. 

“Existem muitas trocas que são fundamentais para a fisiologia das plantas, e nós sabemos que elas estão lá, mas não foram descritas de maneira quantitativa”, diz Hudson. Ele acha que pesquisas como essa publicada na Nature poderiam ajudar os cientistas a desenvolver modelos computacionais que que permitam entender e modificar os pathways através da engenharia genética. “Essa é a próxima geração de pesquisas”, diz Hudson. 

Lumba está estudando os mecanismos hormonais que ajudam certas plantas a conseguirem crescer  rapidamente em áreas devastadas por incêndios florestais. Quando essas “seguidoras de incêndios” detectam as substâncias químicas emitidas a partir de materiais queimados, eles liberam um hormônio chamado auxina que incentiva a germinação. Como todas as plantas conhecidas possuem auxina, além de  proteínas sensíveis a fumaça, ainda é incerto porque a maioria delas não apresenta este comportamento.   Mapear os caminhos extensivos entre os sensores e a resposta, ela diz, poderia ser um passo importante para ajudar a restaurar um ecossistema após um incêndio. 

Criar cultivares que rapidamente se adaptam a seus ambientes continuará a demandar um grande esforço. A maioria dos pesquisadores estudando mecanismos de sinalização focaram na Arabidopsis, um gênero de pequenas ervas, relacionado a repolho e mostarda. Um modelo de laboratório de Arabidopsis foi muito bem caracterizado. Para revelar completamente a rede de interações proteicas em cultivos de milho ou arroz, diz Hudson, precisaria de muitos anos e milhões de dólares. 

Mesmo com pesquisadores trabalhando em cultivos de plantas modificadas que resistam a secas ou outros fatores, nenhuma das variantes está perto de ser comercializada. “Há certas características transgênicas que podem ser adicionadas em cultivares convencionais de plantas, mas nós realmente não estamos conseguindo colocar aqueles elementos sutis que fazem com que um cultivar se torne viável ”, diz Hudson. Seu grupo e outros da Universidade de Illinois estão trabalhando para desenvolver algoritmos de computadores que sejam capazes de prever como o crescimento da planta seria afetado pela modificação de genes individuais. Para os organismos que demoram para crescer, um sistema assim poderia economizar muitos anos de espera. 

Isso também é uma vantagem para plantas não agrícolas. Bingru Guang, bióloga botânica na Universidade Rutdgers, consegui fazer modificações genéticas em pathways  de sinalização hormonal em gramados utilizados em campos de golf e outras aplicações. Ao aumentar a quantidade de um hormônio chamado citocinina e tornando as plantas mais sensíveis às variações dos níveis desse hormônio, ela descobriu que a grama se tornava mais resistente a calor e a solos mais salinos. Mas ela diz que na prática a engenharia genética de pathways  hormonais será difícil. “Quando se muda um hormônio, outros também mudam”, ela acrescentam. 

Por fim, entender os pathways pelos quais as plantas usam para se comunicar com seu ambiente e se adaptar a ambientes hostis poderia beneficiar o fornecimento de alimentos. “Nós não acreditamos que sejamos mais inteligentes do que a natureza e as plantas”, diz Shani. “Mas nós podemos ajudar as plantas a se adaptarem mais rápido do que esperar outros milhões de anos para que a evolução faça seu trabalho novamente”. 

Sara Reardon

Publicado em 03/07/2020

     

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