Tecnologia Científica

Proteínas em duelo dão forma às plantas
Há muito tempo interessado na tradução dessas entradas ambientais em características físicas, Wagner e sua equipe têm estudado dois grupos principais de proteínas que influenciam a forma da planta e o tempo das transições de desenvolvimento.
Por Universidade da Pensilvânia - 12/10/2020


Em uma nova visão sobre o mecanismo de formação de flores em plantas, biólogos da Universidade da Pensilvânia descobriram que duas proteínas, quase idênticas na forma, competem pelo acesso a um fator de transcrição para influenciar a floração. Crédito: Laboratório Wagner

Em uma coreografia elegante, as plantas pegam dicas de seu ambiente e as canalizam para flores, raízes ou galhos. Em um novo artigo na Nature Communications , a bióloga Doris Wagner da School of Arts & Sciences e seus colegas identificaram algumas das maquinações de bastidores que levam a essas variações na arquitetura das plantas.

Há muito tempo interessado na tradução dessas entradas ambientais em características físicas, Wagner e sua equipe têm estudado dois grupos principais de proteínas que influenciam a forma da planta e o tempo das transições de desenvolvimento. As proteínas Terminal Flower 1 (TLF1) promovem a formação de ramos. Quando é reprimido, as flores crescem. As proteínas do Locus T (FT) de floração, por outro lado, promovem a floração em resposta a sinais sazonais, como a duração do dia. Estranhamente, as duas proteínas são quase idênticas.

"Esses dois elementos têm um significado abundante", diz Wagner. "Além da floração, eles estão envolvidos na tuberização em batatas, formação de bulbos em cebolas, formação de gavinhas em uvas, cessação de crescimento em árvores, muitas coisas."

Manipular esses genes, alguns argumentaram, poderia levar à próxima "revolução verde", já que se poderia teoricamente "enganar" uma planta que normalmente só floresce nos longos dias de verão para florescer rapidamente e, assim, produzir frutos ou sementes, no curto dias de inverno com uma edição genética hábil de TFL1. Ou, em uma área com uma estação de crescimento mais longa, uma manipulação inteligente da arquitetura de crescimento via FT poderia encorajar uma maior ramificação e, em seguida, um desenvolvimento posterior e mais abundante de flores e frutos em muitos ramos.

As plantas já foram criadas para reduzir a atividade de TFL1. Os jardineiros de tomate podem conhecê-las como plantas determinantes , que definem todas as flores ao mesmo tempo, em oposição à variedade indeterminada, que continuam a se ramificar, florescer e frutificar por um período de meses. Plantas determinantes tornam a agricultura comercial mais eficiente, já que as frutas podem ser colhidas de uma só vez, em vez de passadas repetidas.

Era sabido que TFL1 e FT1 agiam em direções opostas, cada um "sintonizando" a atividade do outro, mas o mecanismo de seu antagonismo permaneceu indefinido. Em parte, isso ocorreu porque estudá-los apresenta um desafio técnico : eles estão presentes apenas em níveis baixos em um número limitado de células.

Os grupos de Wagner, no entanto, haviam superado desafios semelhantes no estudo de um regulador da cromatina vegetal em trabalhos anteriores, então eles não se intimidaram em enfrentar essas duas proteínas em duelo.
 
No estudo atual, para detalhar o mecanismo molecular do TFL1 e do FT1, eles primeiro olharam para ver onde o TFL1 foi encontrado nos núcleos das células vegetais, usando a espécie modelo Arabidopsis thaliana. Eles encontraram milhares de locais aos quais ele se ligava, agindo através do fator de transcrição FD, já que nem TFL1 nem FT de outra forma podem se ligar diretamente ao DNA. Os locais para os quais o TFL1 foi recrutado eram consistentes com seu papel na supressão da floração e na supressão expressão gênica .

Em seguida, os pesquisadores examinaram a relação de TFL1 e FT com LEAFY, um gene que é conhecido por dar origem a flores. Quando eles mutaram os locais onde o TFL1 regula o gene LEAFY, a proteína LEAFY foi agora encontrada em partes da planta onde o TFL1 está presente.

“Também vimos algo que não esperávamos”, diz Wagner. "LEAFY se foi de todas as regiões que deveriam produzir flores."

Isso sugeriu à equipe que um fator desconhecido pode estar ativando o gene LEAFY especificamente na porção de floração das plantas através do mesmo local através do qual o TFL1 atua. Por isso, procuraram a FT, pela sua importância na promoção da floração. Aumentando experimentalmente a expressão de FT, eles descobriram que FT, também se ligando ao fator de transcrição FD, era necessário para atuar sobre LEAFY para promover a formação de flores.

Vendo que a FT e a TFL1 exigiam a FD para atuar, eles procuraram confirmar o desempenho dessa competição nas plantas. "Queríamos realmente testar sua contribuição biológica: o que significa para a planta perder isso?" Wagner diz.

Eles viram que sob condições que normalmente induziriam a planta a florescer, as plantas que ainda tinham FT normal não o conseguiam. "Era um fenótipo forte e deixou muito claro para nós que FT e TFL1 competem por este sítio de ligação do fator FD", diz ela.

TFL1 e FT são móveis e podem ser facilmente convertidos de um para outro. Wagner está muito interessado em aprender mais sobre seu mecanismo de ação para entender como as plantas podem "ajustar" seu crescimento para melhor se adaptar ao seu ambiente. Em um trabalho futuro, ela e seu laboratório planejam continuar trabalhando nos detalhes, incluindo como ambas as proteínas respondem a sinais do ambiente, como a duração do dia ou a sombra sob uma árvore. Ela também quer saber como eles podem controlar processos tão diferentes, como a formação de flores, bulbos ou gavinhas.

E Wagner acredita que as descobertas têm amplo potencial para aplicações em melhoramento de plantas e agricultura. “Você pode imaginar culturas adaptadas localmente, talvez para um local de grande altitude no Himalaia ou talvez um local no extremo norte onde os dias são curtos”, diz ela. “Esses elementos podem até desempenhar um papel em soluções racionais para as mudanças climáticas, criando plantas que são especificamente adaptadas para novas condições.”

 

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