‘Preparar’ as plantas, expondo-as a certos produtos químicos enquanto são sementes, pode afetar seu crescimento mais tarde na vida.
Os pesquisadores descobriram que o tratamento das sementes com gás etileno aumenta o crescimento e a tolerância ao estresse. Esta descoberta, envolvendo fotossíntese e a produção de hidratos de carbono nas plantas, oferece um avanço potencial na melhoria do rendimento das colheitas e na resiliência contra factores de stress ambientais.
Assim como qualquer outro organismo, as plantas podem ficar estressadas. Geralmente, são condições como calor e seca que levam a esse estresse e, quando estão estressados, as plantas podem não crescer tanto ou produzir tanto. Isto pode ser um problema para os agricultores, por isso muitos cientistas tentaram modificar geneticamente plantas para sermos mais resilientes.
No entanto, as plantas modificadas para maiores rendimentos agrícolas tendem a ter uma menor tolerância ao estresse porque investem mais energia no crescimento do que na protecção contra o stress. Da mesma forma, melhorar a capacidade das plantas para sobreviver ao stress resulta muitas vezes em plantas que produzem menos porque colocam mais energia na protecção do que no crescimento. Esse enigma faz com que difícil melhorar a produção agrícola.
eu tenho estudado como o hormônio vegetal etileno regula o crescimento e as respostas ao estresse nas plantas. Em um estudo publicado em julho de 2023, meu laboratório fez uma observação inesperada e emocionante. Descobrimos que quando as sementes germinam no escuro, como geralmente ficam no subsolo, a adição de etileno pode aumentar tanto o seu crescimento quanto a tolerância ao estresse.
O etileno é um hormônio vegetal
As plantas não podem se movimentar, portanto não podem evitar condições ambientais estressantes, como calor e seca. Eles captam uma variedade de sinais do ambiente, como luz e temperatura, que moldam a forma como crescem, se desenvolvem e lidam com condições estressantes. Como parte deste regulamento, as plantas produzir vários hormônios que fazem parte de uma rede regulatória que lhes permite adaptar-se às condições ambientais.
Etileno foi descoberto pela primeira vez como um hormônio vegetal gasoso há mais de 100 anos. Desde então, pesquisas mostraram que todas as plantas terrestres estudadas produzem etileno. Além de controlar o crescimento e responder ao estresse, também está envolvido em outros processos, como fazer com que as folhas mudem de cor no outono e estimular o amadurecimento dos frutos.
Etileno como forma de ‘preparar’ plantas
Meu laboratório se concentra em como as plantas e bactérias percebem o etileno e como ele interage com outras vias hormonais para regular o desenvolvimento das plantas. Ao conduzir esta pesquisa, meu grupo fez uma descoberta acidental.
Estávamos realizando um experimento em que sementes germinavam em um quarto escuro. A germinação da semente é um período crítico na vida de uma planta quando, sob condições favoráveis, a semente passa de dormente para muda.
Para este experimento, nós expôs as sementes ao gás etileno por vários dias para ver que efeito isso pode ter. Em seguida, removemos o etileno. Normalmente, é aqui que o experimento teria terminado. Porém, após coletar os dados dessas mudas, transferimos para um carrinho leve. Isso não é algo que costumamos fazer, mas queríamos cultivar as plantas até a idade adulta para que pudéssemos obter sementes para experimentos futuros.
Vários dias depois de colocar as mudas sob luz, alguns membros do laboratório fizeram a observação inesperada e surpreendente de que as plantas foram brevemente gaseadas com etileno. eram muito maiores. Elas tinham folhas maiores, bem como sistemas radiculares mais longos e complexos do que as plantas que não foram expostas ao etileno. Estas plantas continuaram a crescer a um ritmo mais rápido durante toda a sua vida.
A planta da esquerda não foi preparada com etileno, enquanto a planta da direita sim. Ambas as plantas têm a mesma idade. Crédito: Laboratório Binder, Universidade do Tennessee, Knoxville
Meus colegas e eu queríamos saber se diversas plantas espécies mostrou estimulação do crescimento quando exposta ao etileno durante a germinação das sementes. Nós achamos isso a resposta é sim. Testámos os efeitos do tratamento de curto prazo com etileno na germinação de sementes de tomate, pepino, trigo e rúcula – todas cresceram.
Mas o que tornou esta observação incomum e emocionante é que o breve tratamento com etileno também maior tolerância a vários estresses como estresse salino, condições de alta temperatura e baixo oxigênio.
Os efeitos de longo prazo sobre o crescimento e a tolerância ao estresse decorrentes de uma breve exposição a um estímulo são frequentemente chamados de efeitos de priming. Você pode pensar nisso como preparando uma bombaonde a escorva ajuda a iniciar a bomba com mais facilidade e rapidez. Estudos analisaram como as plantas crescem após a preparação em diversas idades e estágios de desenvolvimento. Mas preparação de sementes com vários produtos químicos e estresses foi provavelmente o mais estudado porque é fácil de realizar e, se bem-sucedido, pode ser utilizado pelos agricultores.
Como funciona?
Desde aquela primeira experiência, meu grupo de laboratório tentou descobrir quais mecanismos permitem que essas plantas expostas ao etileno cresçam e tolerem mais estresse. Encontramos algumas explicações possíveis.
Uma delas é que o priming com etileno aumenta a fotossíntese, o processo que as plantas usam para produzir açúcares a partir da luz. Parte da fotossíntese inclui o que é chamado fixação de carbonoonde as plantas retiram CO₂ da atmosfera e usam as moléculas de CO₂ como blocos de construção para produzir os açúcares.
Durante a fotossíntese e a fixação de carbono, as plantas absorvem a luz solar e a convertem nos açúcares que usam para crescer.
O meu grupo de laboratório mostrou que há um grande aumento na fixação de carbono – o que significa que as plantas estão a absorver muito mais CO₂ da atmosfera.
Correlacionando-se com o aumento da fotossíntese está um grande aumento nos níveis de carboidratos em toda a planta. Isto inclui grandes aumentos em amidoque é a molécula de armazenamento de energia nas plantas, e dois açúcares, sacarose e glicoseque fornecem energia rápida para as plantas.
Mais dessas moléculas na planta foram ligadas a ambos maior crescimento e uma melhor capacidade das plantas resistir a condições estressantes.
Nosso estudo mostra que as condições ambientais durante a germinação podem ter efeitos profundos e duradouros nas plantas que podem aumentar tanto o seu tamanho como a sua tolerância ao stress ao mesmo tempo. Compreender os mecanismos para isto é mais importante do que nunca e pode ajudar a melhorar a produção agrícola para alimentar a população mundial.
Escrito por Brad Binder, Professor de Bioquímica e Biologia Celular e Molecular, Universidade do Tennessee.
Adaptado de artigo publicado originalmente em A conversa.
