Cientistas mostraram que dois modos anteriormente separados de regulação da ramificação das plantas podem ser conectados, revelando o quadro mais completo até agora de como as plantas controlam sua arquitetura.

Publicado na PLOS Biology , pesquisadores do Laboratório Sainsbury da Universidade de Cambridge (SLCU) demonstram como os sinais locais nos brotos das plantas se conectam com os fluxos de hormônios em toda a planta para controlar a ramificação, com implicações para o melhoramento futuro das culturas.

Na base de cada folha, há um pequeno aglomerado de células-tronco, conhecido como meristema axilar, com potencial para se desenvolver em um novo ramo. A permanência ou o início do crescimento desses meristemas depende de uma combinação de sinais ambientais, familiares a todos os bons jardineiros que sabem que fertilizantes e luz podem afetar o tamanho das plantas.

Os jardineiros também sabem que podem moldar a arquitetura dos brotos por meio da poda — removendo os brotos dominantes em crescimento para liberar os brotos dormentes na base das folhas mais abaixo no broto.

Há muito tempo, pesquisadores se interessam por como todos esses sinais são coordenados. Um dos centros de coordenação é o fator de transcrição BRANCHED1 (BRC1), que atua localmente dentro de brotos individuais para inibir seu crescimento. Sua atividade é regulada por hormônios que transmitem sinais de nutrientes da raiz e pela qualidade da luz local.

Esta nova pesquisa sugere que o BRC1 contribui para a regulação sistêmica da ramificação dos brotos, alterando a exportação do hormônio vegetal auxina do broto para o caule principal.

A auxina presente no caule principal é conhecida por regular a atividade dos brotos há quase um século. Mais recentemente, isso tem sido atribuído, pelo menos em parte, à sua capacidade de impedir a exportação de auxina dos brotos, o que parece ser necessário para o seu crescimento.

Dessa forma, os brotos competem efetivamente para exportar sua auxina para o caule, o que pode explicar por que a remoção dos brotos ativos permite que os brotos dormentes cresçam.

A nova pesquisa combina modelagem matemática com medições de crescimento de brotos, fornecendo evidências de que diferenças locais na expressão de BRC1 entre brotos ajudam a determinar quais brotos são mais competitivos, enquanto as propriedades sistêmicas de transporte de auxina definem o número total de ramos que uma planta pode sustentar.

Isso cria um fluxo de informações na planta que cada broto interpreta localmente, permitindo que a planta regule quando e onde os ramos se formam.

O resultado é um modelo unificado que explica como as plantas ajustam o número e a posição dos ramos para integrar o equilíbrio geral do crescimento em todo o broto com condições ambientais, como disponibilidade de luz ou nutrientes.

Por exemplo, um broto em uma posição favorável, como em um local com melhor iluminação, pode expressar menos BRC1 e, portanto, crescer mais rapidamente, enquanto um broto vizinho com maior expressão de BRC1 pode permanecer dormente. Ao mesmo tempo, a regulação sistêmica por meio do transporte de auxina garante que a carga geral de ramificação seja mantida em equilíbrio em toda a planta.

A Dra. Zoe Nahas, primeira autora do estudo, disse: "Nossa principal descoberta é que, ao modular o transporte de auxina, a expressão local de BRC1 em cada broto pode contribuir para o controle sistêmico da ramificação.

O modelo não apenas previu resultados experimentais sob diferentes condições genéticas e hormonais, mas também pôde acomodar dados sobre uma região até então desconhecida do transportador de auxina PIN1 que medeia sua resposta ao hormônio estrigolactona, oferecendo uma nova visão molecular sobre como os hormônios influenciam o crescimento dos brotos.

Essa nova compreensão fundamental de como os sinais locais e sistêmicos são integrados na ramificação das plantas pode ajudar os cientistas a projetar novas estratégias para otimizar o rendimento das colheitas, a resiliência e o uso de recursos.

A professora Ottoline Leyser, colíder sênior da pesquisa, afirmou: "As plantas têm uma flexibilidade extraordinária em seu crescimento, e a ramificação é uma parte fundamental dessa adaptabilidade. O modelo unificado que desenvolvemos nos ajudará a entender como as plantas integram múltiplas fontes de informação para determinar onde investir no crescimento."

O professor James Locke, colíder sênior, acrescentou: "Este trabalho reúne experimentos e modelagem para mostrar como sinais locais e sistêmicos podem interagir para controlar o crescimento dos brotos. O impressionante é que um modelo tão simples consegue capturar a gama de comportamentos de ramificação que observamos experimentalmente."