Plantas usam açúcar produzido na fotossíntese para saber a hora

Uma pesquisa com a participação do Instituto de Química (IQ) da USP revela que as plantas usam o açúcar produzido na fotossíntese para regular seu relógio biológico. Os cientistas descobriram os caminhos utilizados pelas células vegetais para ajustar os horários de atividade das plantas (crescimento, metabolismo e armazenamento) à quantidade disponível de açúcar, ou seja, de energia. Assim, quando a disponibilidade é menor, a planta reduz seu ritmo de atividade. Os resultados contribuirão em estudos visando a aumentar a produtividade de cultivos como o da cana.

“O objetivo do trabalho é tentar entender como a percepção interna da quantidade de energia (açúcar) que a planta tem influencia a maneira como é percebida a passagem do tempo durante o dia”, diz o professor do IQ Carlos Hotta, que integrou o grupo de pesquisa. “Isso é importante porque é o modo das plantas se organizarem ao longo do dia, antecipando-se à chegada do Sol para poder fazer fotossíntese logo ao amanhecer. Plantas que usam o relógio biológico crescem mais e melhor.”

Na fotossíntese, as células das plantas capturam a luz solar, convertendo a energia do Sol em energia química e juntando gás carbônico e água para formar açúcares. “O estudo mostra que perceber o nível de açúcar é um modo da planta saber a quantidade de energia que possui, inclusive em situações de estresse, como casos de escassez”, aponta o professor. “Foi analisado como o relógio biológico da Arabidopsis thaliana, organismo modelo para estudos sobre plantas, responde à adição de açúcar”. A Arabidopsis é uma planta herbácea da família das Brassicaceae, a mesma do brócolis, da canola, da mostarda e do repolho.

Sinalização

A pesquisa descobriu que as plantas possuem moléculas que atuam como vias de sinalização, no caso a via do SnRK1, que mede o nível energético da planta, e se conecta a um fator de transcrição, o bZIP63. “O fator de transcrição é um tipo de proteína que funciona como ‘interruptor molecular’, atuando diretamente no DNA, ‘ligando’ e ‘desligando’ genes”, a partir das informações da via de sinalização, conta o pesquisador. “Há evidências de que um dos genes em que o bZIP63 atua é do relógio biológico, chamado de PRR7, o que faz com que a planta, conforme a energia disponível, altere os horários em que desempenha determinadas funções.”

Quando há menos energia, a via que sinaliza o estresse energético está mais ativa, mas quando o açúcar é abundante, ela permanece inativada, o que inibe o fator de transcrição. “Pesquisas anteriores sobre o relógio biológico avaliavam as plantas quando havia muita energia disponível, por isso a via não era percebida”, diz Hotta. “Quando começou-se a olhar para as plantas em condições de baixa energia, foi possível notar que essa via é essencial para a planta se reorganizar diante do estresse energético, mudar seu modo de vida e sobreviver”.

Os resultados da pesquisa são descritos no artigo “Circadian Entrainment in Arabidopsis by the Sugar-Responsive Transcription Factor bZIP63”, publicado em 2 de agosto na revista científicaCurrent Biology. “O estudo comprovou como os dois mecanismos moleculares impactam e regulam o funcionamento da planta”, ressalta o professor. “O próximo passo é investigar que funções são reguladas. Uma das hipóteses é de que possivelmente os mecanismos influenciem na forma que a planta armazena amido durante a noite.”

Produtividade

Hotta aponta que as descobertas do estudo poderão ser importantes em pesquisas sobre cultivos como o da cana-de-açúcar. “Saber que o açúcar é essencial para o relógio biológico muda a percepção sobre a sua função em plantas que acumulam muito açúcar, a cana, por exemplo”, observa. “Entender que o relógio biológico está associado à produtividade da planta ajuda a buscar formas de torná-la mais produtiva.”

A pesquisa foi realizada no Laboratório de Fisiologia Molecular de Plantas do IQ, em colaboração com os pesquisadores Michel Vincentz, da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), Alex Webb, da University of Cambridge, e Antony Dodd, da University of Bristol (Reino Unido). “Houve uma convergência dos estudos, facilitada pelas políticas de internacionalização da ciência adotadas no Brasil”, destaca o professor. “Na Unicamp, era pesquisada a influência do estresse energético no relógio biológico, enquanto os europeus estudavam as reações do relógio biológico ao estresse”. O trabalho teve apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp).