Estudo revela que o calor enfraquece o sistema imunológico das plantas

Existe incerteza entre os cientistas de todo o mundo sobre por que as defesas das plantas contra os patógenos enfraquecem com o aumento das temperaturas. No entanto, a solução pode estar na genética.

Há muito tempo que os cientistas tentam compreender por que as plantas se tornam mais vulneráveis a doenças quando as temperaturas aumentam.

Enquanto pesquisas relevantes estão em andamento, um grupo de pesquisadores de universidades de todo o mundo buscou maneiras de restaurar a capacidade das plantas de se defenderem contra patógenos em climas quentes.

À medida que as mudanças climáticas se aceleram, vamos ficar sob pressão para aprender coisas em laboratório e levá-las para o campo mais rapidamente. Não vejo como faremos isso sem uma maior aceitação das plantas geneticamente modificadas.– Marc Nishimura, pesquisador de imunidade vegetal, Universidade Estadual do Colorado

“As plantas sofrem muito mais infecções em temperaturas elevadas porque seu nível de imunidade basal está reduzido”, disse Sheng-Yang He, biólogo vegetal da Universidade Duke que liderou a equipe de pesquisa. “Então, queríamos saber: como as plantas sentem o calor? E será que podemos realmente corrigir isso para tornar as plantas resistentes ao calor?”

O estudo, publicado na revista Nature, concentrou-se na Arabidopsis thaliana, uma erva daninha discreta amplamente conhecida como agrião-de-orelha-de-rato, considerada a “cobaia das plantas” pelos biólogos vegetais. A Arabidopsis thaliana cresce em margens de estradas, caminhos abertos e terrenos baldios e é usada em experimentos em todo o mundo devido ao seu ciclo de vida curto e ao seu genoma curto e fácil de modificar.

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Os cientistas afirmaram que o principal hormônio de defesa da Arabidopsis thaliana é o ácido salicílico, utilizado por muitas plantas, incluindo as principais culturas, para resistir a doenças. No entanto, a produção de ácido salicílico pode ser interrompida quando as temperaturas sobem alguns graus.

“Condições climáticas extremas associadas às mudanças climáticas afetam muitos aspectos da vida vegetal e animal, incluindo a resposta a doenças infecciosas”, escreveram os pesquisadores. “A produção de ácido salicílico, um hormônio central de defesa das plantas, é particularmente vulnerável à supressão por curtos períodos de clima quente acima da faixa normal de temperatura de crescimento das plantas, por meio de um mecanismo desconhecido.”

Após anos de trabalho em laboratório, os pesquisadores isolaram o gene CBP60g, que pode inibir a produção do hormônio ácido salicílico nas plantas quando as temperaturas aumentam, neutralizando seu mecanismo de defesa. A solução contornou geneticamente o gene para restaurar a defesa da planta em temperaturas mais altas.

“Este foi um esforço de vários anos e envolvendo várias instituições”, disse Christian Danve Castroverde, biólogo da Universidade Wilfrid Laurier, no Canadá, e coautor do estudo, ao Olive Oil Times.

“Em 2013, [nós] descobrimos que curtos períodos de alta temperatura afetam drasticamente as defesas hormonais das plantas Arabidopsis contra a infecção por uma bactéria chamada Pseudomonas syringae”, acrescentou ele. “Após vários anos, finalmente conseguimos identificar a base molecular de como a imunidade da Arabidopsis é suprimida por condições de temperatura elevada.”

Os pesquisadores contornaram o gene em laboratório adicionando um ‘promotor’. A curta sequência de DNA força o gene a transcrever (copiar a sequência de DNA para uma molécula de RNA), restaurando a capacidade da Arabidopsis thaliana de produzir o hormônio ácido salicílico.

“Incluindo o receptor de ácido salicílico e os genes biossintéticos, a expressão otimizada do CBP60g foi suficiente para restaurar amplamente a produção de ácido salicílico, a imunidade basal e a imunidade desencadeada por efetores na temperatura elevada de crescimento, sem comprometimentos significativos no crescimento”, escreveram os pesquisadores.

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A equipe começou a testar a modificação genética em culturas alimentícias, como a colza. Eles também planejam fazer experimentos com mais culturas, incluindo trigo e batata. No entanto, Castroverde disse que é necessária uma quantidade significativa de pesquisa de campo antes de aplicar a correção em grande escala.

“Muitas plantas possuem genes semelhantes ao CBP60g, e muitas delas têm a capacidade de produzir ácido salicílico”, disse ele. “Parece que as plantas já têm uma arma em seu arsenal. Nosso desafio agora é apenas aproveitar esse poder. Em termos de aplicações agrícolas, acredito que temos que esperar até obtermos resultados bem-sucedidos em testes de campo.”

No entanto, a solução específica proposta pela equipe de pesquisa para restaurar o sistema imunológico das plantas pressupõe que os consumidores estejam prontos para aceitar mais manipulação genética em seus alimentos.

“À medida que as mudanças climáticas se aceleram, vamos ficar sob pressão para aprender coisas em laboratório e levá-las para o campo mais rapidamente”, disse Marc Nishimura, especialista em imunidade vegetal da Universidade Estadual do Colorado, que não participou da pesquisa. “Não consigo ver como faremos isso sem uma maior aceitação das plantas geneticamente modificadas.”

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Apesar do sucesso em restaurar a defesa da Arabidopsis thaliana contra o calor, os pesquisadores enfatizaram que a lacuna no entendimento de como o aquecimento climático influencia a eficácia do sistema imunológico das plantas é “uma preocupação fundamental para a produtividade agrícola futura, a preservação do ecossistema e o surgimento de novas pandemias de doenças nas plantas”.

No entanto, eles acrescentaram que seus resultados indicam que as culturas se tornarão mais resistentes no futuro.

“Conseguimos tornar todo o sistema imunológico da planta mais robusto em temperaturas elevadas”, disse He, o biólogo vegetal da Duke. “Se isso também for verdade para as plantas cultivadas, é algo realmente importante, pois teremos uma arma muito poderosa.”