O rela³gio biola³gico de uma cultura alimentar popular controla cerca de três quartos de seus genes, de acordo com pesquisas do Dartmouth College.

A pesquisa genanãtica mostra como a cultura usa respostas internas ao ciclo dia-noite - conhecidas como ritmos circadianos - para regular processos como reprodução, fotossa­ntese e reações a condições estressantes.

O estudo, publicado na revista eLife , pode ajudar os pesquisadores a direcionar genes para melhorar o crescimento e a resiliencia ao estresse quando uma planta émovida para uma nova regia£o ou encontramudanças nas condições climáticas.

"Amedida que as plantas são cultivadas em novas zonas geogra¡ficas, elas devem selecionar caracteri­sticas que lhes permitam sobreviver em diferentes condições", disse C. Robertson McClung, professor de biologia em Dartmouth e pesquisador saªnior do estudo. "Muitas dessas caracteri­sticas estãonos genes do rela³gio circadiano ."

Como os animais, as plantas tem rela³gios biola³gicos que permitem que se adaptem amudanças previsa­veis, como ciclos diurnos e noturnos oumudanças nas estações. Embora os animais possam se deslocar para se adaptar a essasmudanças ambientais, as plantas ficam presas no lugar. Para sobreviver, as plantas precisam ativar e desativar genes para alterar suas funções biológicas .

A equipe de pesquisa usou o sequenciamento de RNA para identificar como os genes da cultura popular Brassica rapa são controlados pelo mecanismo interno de cronometragem da planta. A espanãcie B. rapa inclui variedades como nabos, sementes oleaginosas, couve chinesa e vegetais folhosos.

No estudo, as plantas foram expostas a condições normais com dias quentes e noites frias. Eles foram então removidos desse ambiente e amostrados por um período de dois dias para revelar quais genes estavam ativos em resposta aos sinais do rela³gio interno da planta.

A pesquisa descobriu que mais de 16.000 genes, cerca de três quartos de todos os genes da planta, são regulados por ritmos circadianos na ausaªncia demudanças de luz e temperatura.

"Ficamos surpresos ao descobrir que um número tão alto de genes são regulados pelo rela³gio biola³gico. Isso enfatiza a importa¢ncia do controle do rela³gio circadiano de muitas funções dentro da planta", disse McClung.

 

Muitas plantas agra­colas, como trigo, batata e Brassica, dobraram ou triplicaram seus complementos completos de genes. Isso levou os pesquisadores a questionar o efeito que os pares de genes adicionais tem no rela³gio biola³gico da planta ou nos processos de sobrevivaªncia, como a resiliencia a  seca.

A equipe de pesquisa descobriu que as ca³pias extras do gene costumam estar ativas em hora¡rios diferentes dos pares de genes.

Além disso, os pesquisadores descobriram que muitas vezes apenas um membro de um par de genes duplicados respondia a  seca. Em ambos os casos, as diferenças no tempo de ativação do gene, ou na capacidade de resposta a  seca, devem ter ocorrido depois que os genes se duplicaram.

As descobertas levam a  conclusão de que a mesma duplicação de genes que éresponsável por um rela³gio biola³gico maissensíveltambém cria mais resistência a  seca.

"Durante a evolução das plantas terrestres, o número de pares de genes se expandiu", disse Kathleen Greenham, professora assistente de biologia vegetal e microbiana da Universidade de Minnesota que co-liderou o estudo como pesquisadora de pa³s-doutorado em Dartmouth. "Um conjunto de ca³pias pode manter processos cra­ticos de crescimento, enquanto os outros são livres para desenvolver novas funções que os pesquisadores podem usar para produzir safras resistentes ao estresse."

Identificar as diferenças dentro dos pares de genes que os fazem responder ou não a s condições de seca pode dar aos pesquisadores uma maneira de ajudar as plantas a aumentar a resiliencia a smudanças induzidas pelo clima.

"A hora do dia éimportante para a expressão do gene quando se trata de lidar com a seca", disse Ryan Sartor, pesquisador de pa³s-doutorado na North Carolina State University que co-liderou o estudo. "Esta éuma etapa inicial para ajudar a entender as relações ba¡sicas. Uma compreensão mais completa deste sistema complexo pode levar ao desenvolvimento de safras mais resistentes ao estresse."

De acordo com a equipe de pesquisa, os ritmos circadianos que regulam grande parte da biologia vegetal são provavelmente influenciados pelasmudanças climáticas, uma vez que as pistas ambientais se tornam menos confia¡veis. Isso torna mais difa­cil para as plantas se adaptarem e sobreviverem, mas também serve como uma pista para pesquisadores que buscam maneiras de desenvolver a resiliencia das plantas.