O milho é uma das culturas básicas mais importantes do mundo e tem sido extensivamente estudado. No entanto, muitos aspectos dos mecanismos genéticos que regulam seu crescimento e desenvolvimento permanecem inexplorados.

Pesquisas recentes revelaram que uma família de proteínas chamada COI1, anteriormente associada a mecanismos de defesa em outras espécies de plantas como Arabidopsis e arroz, regula principalmente o crescimento do milho. Essa descoberta pode levar ao desenvolvimento de variedades de milho mais robustas e produtivas.

Em plantas, crescimento e defesa frequentemente entram em conflito. Quando uma planta foca na defesa contra pragas ou doenças, o crescimento geralmente fica em segundo plano devido à interação oposta entre proteínas que suprimem genes de defesa, conhecidas como JAZ (jasmonate ZIM-domain), e proteínas que suprimem genes de crescimento (DELLA). Proteínas COI são centrais para equilibrar esses dois processos degradando JAZ.

A pesquisa se concentrou em seis proteínas COI no milho, divididas em dois grupos: COI1 e COI2. Plantas mutantes foram criadas sem uma, duas ou todas as quatro proteínas COI1. No entanto, mutantes sem ambas as proteínas COI2 não puderam ser produzidos, pois o pólen sem ambas provou ser letal. Isso indica que as proteínas COI2 desempenham um papel crucial na reprodução masculina e no desenvolvimento do pólen no milho.

A verdadeira surpresa veio das plantas sem todas as quatro proteínas COI1. "Esses mutantes 'COI1-4x' exibiram crescimento significativamente reduzido em comparação com plantas de milho do tipo selvagem", disse Leila Feiz, a primeira e coautora correspondente do estudo publicado recentemente em The Plant Cell . "Isso foi contrário às minhas expectativas, pois as mutações COI normalmente resultam em crescimento mais alto em outras espécies, como Arabidopsis e arroz."

Feiz elaborou, "Em plantas mutantes C3 coi, como Arabidopsis, a falta de degradação de JAZ por COI leva a DELLA sendo capturada por JAZ. Isso induz genes de crescimento induzidos por ácido giberélico, que geralmente são suprimidos por DELLA na ausência de ácido giberélico. Por outro lado, plantas selvagens tratadas continuamente com ácido jasmônico crescem menos do que as não tratadas. Isso ocorre porque COI percebe ácido jasmônico e degrada JAZ.

Análises posteriores revelaram que as proteínas COI1 do milho podem ter evoluído uma nova função: degradar proteínas DELLA, que suprimem o crescimento das plantas. Feiz propõe que, ao quebrar essas DELLAs inibidoras do crescimento, as proteínas COI1 permitem que o milho continue crescendo mesmo enquanto se defende sob altos níveis de ácido jasmônico — abundante em plantas cultivadas em climas quentes e áridos onde as plantas C4, como milho e cana-de-açúcar, evoluíram.

Este novo papel do COI1 na regulação dos níveis de DELLA e crescimento pode ser uma adaptação que ajudou o milho, e possivelmente outras plantas C4, a prosperar em tais ambientes — uma força motriz na evolução do C4. Ao desacoplar o crescimento e as respostas de defesa, o milho e outras plantas C4 como o sorgo podem manter um crescimento robusto mesmo quando enfrentam estresses ambientais que normalmente limitariam o crescimento.

O projeto de pesquisa tem uma história interessante. Começou há quase cinco anos com um punhado de plantas mutantes únicas resgatadas de um projeto abandonado. Kevin Ahern, então gerente de campo e aluno de pós-graduação no laboratório de Georg Jander no Boyce Thompson Institute, as resgatou polinizando e coletando suas sementes.

Poucos meses depois, Feiz, uma pesquisadora no laboratório de Jander, assumiu as sementes mutantes para continuar o projeto. Ao longo dessa pesquisa, ela colaborou com vários outros cientistas, incluindo Shan Wu, uma pesquisadora de pós-doutorado no laboratório de Zhangjun Fei, que ajudou a analisar um grande conjunto de dados de sequenciamento de RNA.

Este estudo abre novas possibilidades para aumentar a resiliência e a produtividade das culturas ao revelar como as proteínas COI interagem com as proteínas DELLA e outros componentes das vias de sinalização da planta. Ele destaca como a pesquisa fundamental em biologia vegetal pode revelar adaptações evolutivas fascinantes e levar a avanços agrícolas no mundo real.