Método de transferência de DNA Petúnia Stigma

O método de transferência de DNA mostrado envolve o uso de uma seringa para injetar uma espécie específica de bactéria no estigma da petúnia para ativar genes-alvo e, em seguida, isolar as proteínas resultantes. Crédito: Foto da Purdue Agricultural Communications/Tom Campbell

Marcador visual em flores de petúnia esclarece um processo pouco conhecido.

Uma equipe de pesquisa liderada pela Purdue University começou a traduzir a intrincada linguagem molecular das petúnias. A gramática e o vocabulário desta linguagem estão profundamente ocultos nas inúmeras proteínas e outros compostos que povoam as células das flores.

Estando enraizadas no solo, as plantas não podem fugir de insetos, patógenos ou outras ameaças à sua sobrevivência. Mas os cientistas das plantas sabem há muito tempo que enviam avisos uns aos outros através de produtos químicos aromáticos chamados compostos orgânicos voláteis.

“Eles usam voláteis porque não conseguem falar”, disse Natalia Dudareva, ilustre professora de Bioquímica, Horticultura e Arquitetura Paisagista em Purdue. “As plantas informam as plantas vizinhas sobre ataques de patógenos. Parece quase uma imunização. Em condições normais, você não vê nenhuma alteração na planta receptora. Mas assim que uma planta receptora é infectada, ela responde muito mais rápido. Está preparado para resposta.”

Os cientistas das plantas já sabiam há muito tempo sobre esta preparação semelhante à da imunização, mas até há alguns anos atrás não tinham forma de estudar o processo. Eles precisavam de um marcador que mostrasse que as plantas haviam detectado os compostos voláteis.

Novas descobertas em sinalização vegetal

Dudareva e 13 coautores descrevem novos detalhes do processo de detecção em um artigo publicado recentemente na revista Ciência. A equipe inclui pesquisadores de Purdue, da Université Jean Monnet Saint-Etienne na França e da University of California-Davis.

Shannon Stirling

A candidata ao doutorado, Shannon Stirling, no laboratório de Natalia Dudareva, transfere DNA para uma petúnia usando uma seringa para injetar bactérias no estigma para ativar genes-alvo e, em seguida, isolar as proteínas resultantes. Crédito: Foto da Purdue Agricultural Communications/Tom Campbell

Os cientistas sabem pouco sobre os receptores vegetais para voláteis. Mamíferos e insetos também os possuem, mas a forma como percebem os voláteis é muito diferente para ajudar os pesquisadores a estudar o processo nas plantas, disse Dudareva.

Uma equipe de pesquisa liderada por cientistas da Universidade Purdue documentou novos detalhes sobre como as petúnias usam compostos orgânicos voláteis para se comunicar.

O papel dos voláteis na proteção de plantas

Em 2019, na revista Biologia Química da NaturezaDudareva e seus associados publicaram a descoberta de um novo processo fisiológico, “Fumigação natural como mecanismo de transporte volátil entre órgãos florais.” O estudo descreveu como os tubos florais de uma planta produzem compostos voláteis para esterilizar o estigma, a parte do pistilo que coleta o pólen, para proteger contra o ataque de patógenos.

“Há muitos açúcares no estigma, principalmente nas petúnias. Isso significa que as bactérias crescerão muito bem sem a presença desses voláteis”, disse Dudareva. “Mas se o estigma não recebe voláteis produzidos em tubos, ele também é menor. Esta foi a comunicação entre órgãos. Agora tínhamos um bom marcador – o tamanho do estigma – para estudar este processo de comunicação.”

Petúnias e compostos orgânicos voláteis

Uma equipe de pesquisa liderada por cientistas da Universidade Purdue documentou novos detalhes sobre como as flores de petúnia usam compostos orgânicos voláteis para se comunicarem. Crédito: Foto da Purdue Agricultural Communications/Tom Campbell

Medições feitas a partir de fotografias mostraram diferenças estatísticas no tamanho do estigma após exposição a voláteis, disse a principal autora do estudo da Science, Shannon Stirling, Ph.D. estudante de horticultura e arquitetura paisagística em Purdue. “Você pode ver que esta é uma tendência consistente”, disse ela. “Depois de observar estigmas suficientes, você pode ver que há uma ligeira diferença de tamanho.”

Um avanço na compreensão das respostas das plantas

Combinado com a manipulação genética das potenciais proteínas envolvidas, o trabalho revelou surpreendentemente que uma via de sinalização semelhante à karrikin desempenhou um papel fundamental na sinalização celular da petúnia.

“Karrikins não são produzidos por plantas”, disse Stirling. “Eles são produzidos quando as plantas queimam, e nossas plantas nunca foram expostas à fumaça ou ao fogo.”

A equipe também documentou a importância da via semelhante ao karrikin na detecção de sesquiterpenos voláteis. Muitas plantas utilizam sesquiterpenos para se comunicarem com outras plantas, entre outras funções.

Surpreendentemente, o receptor karrikin identificado mostrou a capacidade de perceber seletivamente a sinalização de um tipo de composto sesquiterpênico, mas não sua imagem espelhada, uma característica chamada “estereoespecificidade”. O receptor parece ser altamente seletivo ao composto, disse o coautor do estudo Matthew Bergman, pesquisador de pós-doutorado em bioquímica na Purdue.

“A planta produz muitos compostos voláteis diferentes e está exposta a muitos outros”, disse Bergman. “É notável o quão seletivo e específico esse receptor é exclusivo para esse sinal enviado pelos tubos. Essa especificidade garante que nenhum outro sinal volátil passe. Não há sinalização falsa.”

Desafios Metodológicos e Inovações

Para Stirling, o estudo exigiu o domínio de um método meticuloso para alterar temporariamente os níveis de proteínas dos pistilos de petúnia para identificar as interações proteína-receptor de sinal. “Pistilos e estigmas são pequenos. Eles são um pouco difíceis de trabalhar por causa do tamanho”, disse ela. “Mesmo a grande quantidade de estigmas que você precisa para obter amostra suficiente para qualquer coisa é muito grande porque eles não pesam muito.”

Este método envolvia a injeção de um certo espécies da bactéria no estigma para introduzir genes-alvo e, em seguida, isolar as proteínas resultantes.

“Não é fácil manipular um órgão tão pequeno”, observou Bergman. “Mas Shannon conseguiu picar delicadamente o estigma com uma seringa e infiltrá-lo com essa bactéria com muita delicadeza. Ela é uma especialista nisso.

As petúnias costumam ter cores vivas e cheirar bem, mas os cientistas de Purdue também as valorizam porque servem como um sistema modelo fértil para suas pesquisas.

Referência: “A comunicação volátil em plantas depende de uma via de sinalização mediada por KAI2” por Shannon A. Stirling, Angelica M. Guercio, Ryan M. Patrick, Xing-Qi Huang, Matthew E. Bergman, Varun Dwivedi, Ruy WJ Kortbeek, Yi -Kai Liu, Fuai Sun, W. Andy Tao, Ying Li, Benoit Boachon, Nitzan Shabek e Natalia Dudareva, 21 de março de 2024, Ciência.
DOI: 10.1126/science.adl4685

“Eles provaram ser bastante frutíferos até agora”, disse Bergman.



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