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A independência dos grãos de pólen: uma questão de energia
O estudo, publicado na Current Biology , mostra uma ligação direta da auxina com a fertilidade do pólen , apresentando uma importante ferramenta para melhorar o melhoramento de plantas e um grande passo para a agricultura sustentável.
Por Max Planck Society - 23/03/2022


Um florete de cevada exibindo anteras abertas cercadas por grãos de pólen liberados. O presente estudo descobriu que o pólen de cevada usa o hormônio auxina para controlar a produção de amido, uma característica essencial dos grãos de pólen de cereais. Imagem capturada por microscopia eletrônica de varredura pelo artista Rob Kesseler (2018) como um "substituto científico de uma boneca de milho contemporânea". Crédito: Rob Kesseler

Os grãos de pólen de milho, arroz e todos os outros cereais, precisam armazenar amido como depósito de energia para uso posterior durante a fertilização. Uma equipe de pesquisa, liderada pelo Dr. Ivan Acosta do Max Planck Institute for Plant Breeding Research em Colônia, Alemanha, juntamente com colegas do Umeå Plant Science Centre, Suécia, Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology, Alemanha e Rutgers University, Os EUA agora identificaram o fitohormônio auxina como o principal fator para a produção de energia durante a maturação do pólen na cevada.

O estudo, publicado na Current Biology , mostra uma ligação direta da auxina com a fertilidade do pólen , apresentando uma importante ferramenta para melhorar o melhoramento de plantas e um grande passo para a agricultura sustentável.

Depois de um longo dia brincando e correndo ao ar livre, às vezes nos perguntamos sobre a quantidade de comida que as crianças podem ingerir. Dependendo das circunstâncias, sua necessidade de energia varia. Essa variação na absorção de energia também ocorre muito cedo no desenvolvimento, quando nossas células precisam crescer e amadurecer, desenvolvendo suas diferentes funções. Embora as mudanças no gerenciamento de energia , reguladas por hormônios e reguladores específicos, tenham sido estudadas em grande detalhe em células animais , a pesquisa durante o desenvolvimento das plantas está no início.

As plantas realizam fotossíntese para seu desenvolvimento e crescimento. Durante a fotossíntese, o dióxido de carbono junto com a água e a energia, na forma de luz, são transformados em oxigênio, glicose (açúcar) e amido . O amido é armazenado como um depósito de energia para garantir que a planta continue a crescer e se desenvolver quando a energia da luz não estiver disponível.

O armazenamento de amido também é necessário para o desenvolvimento e crescimento do pólen de cereais. Sem amido produzido, o pólen não é fértil e a planta é incapaz de se reproduzir. Mas como e quando o amido realmente se acumula no pólen ainda não está claro.

Uma questão de energia

Com todos os blocos de construção para a produção de amido provenientes da planta mãe, a produção de amido continua sendo uma questão de energia como fator limitante. Neste estudo, os pesquisadores identificaram a auxina como o hormônio essencial para aumentar o fluxo de energia durante a maturação do pólen de cevada. A auxina é necessária para aumentar a produção dos genes e vias que geram energia na forma de ATP, trifosfato de adenosina, a unidade molecular de moeda para transações de energia nas células. Assim, a presença de auxina ativa resulta em um fluxo aumentado de vias de produção de energia levando a grandes quantidades de acúmulo de amido no pólen.

Notavelmente, usando tecnologias genéticas moleculares avançadas, a equipe de cientistas descobriu que o pólen de cevada é capaz de produzir auxina por si só, independentemente da planta mãe. Eles identificaram uma enzima específica do pólen, chamada HvYUCCA4, que é responsável pela última etapa da síntese de auxina. Os pesquisadores usaram uma planta mutante chamada masculina estéril genética 38 (msg38), onde HvYUCCA4 não é funcional, e o pólen é incapaz de produzir auxina e armazenar amido. Como resultado, o pólen das plantas msg38 não é fértil. Com a ajuda desse mutante, a equipe obteve mais informações sobre a configuração altamente complexa e sensível ao tempo para a fabricação de amido. Para garantir o desenvolvimento bem-sucedido do pólen, a produção de amido precisa começar em um ponto específico para ser concluída antes que o pólen seja liberado da antera, o órgão que produz e dispersa o pólen. A auxina é um sinal que coordena o tempo correto desses eventos.

Implicações para a agricultura

As descobertas enfatizam como uma profunda compreensão biológica das culturas permitirá amplas aplicações para o futuro da agricultura. Um passo importante para o controle da fertilidade da cevada e outras culturas e o desenvolvimento de novas linhagens híbridas.

“Nossas descobertas terão um forte impacto tanto na pesquisa fundamental de plantas quanto no melhoramento de cereais aplicado”, diz Acosta. " O pólen de cevada será um ótimo sistema modelo para estudar a síntese e sinalização de auxina sem os efeitos pleiotrópicos comumente associados à deficiência de auxina em outras plantas. A função muito específica de HvYUC4 no desenvolvimento do pólen de cevada sugere imediatamente a inibição química desta enzima em particular como um método para controlar a fertilidade masculina em culturas de cereais; tal estratégia permitiria a produção de sementes híbridas em larga escala entre vários pares de pais, o sonho de um criador que permanece não realizado."

 

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