Cientistas desvendam antigo mistério sobre o crescimento das plantas – Scientific American Brasil
Cientistas desvendam antigo mistério sobre o crescimento das plantas
Nova pesquisa descobriu como o hormônio auxina torna as paredes das células vegetais maleáveis e permite o crescimento, mecanismo desconhecido há 50 anos.
Cientistas descobrem como o crescimento de plantas contorna a rigidez da parede de suas células. Foto de brotos de pimenta. Crédito jag2020/Pixabay
Uma equipe de pesquisadores descobriu como as plantas conseguem contornar a rigidez das paredes de suas células para conseguir crescer e se expandir. De acordo com uma teoria de 50 anos atrás, o processo envolve o hormônio auxina, que torna as paredes mais ácidas e maleáveis. Porém, os mecanismos biológicos por trás disso eram desconhecidos até agora.
O trabalho foi realizado por biólogos da Universidade da Califórnia (UC, na sigla em inglês), nos EUA, e publicado em artigo na revista Nature.
Diferente das células de animais, as células das plantas possuem uma parede celular rígida ao seu redor. Geralmente, essas paredes moldam as células em formas geométricas — algumas são bastante inusitadas, como "peças de quebra cabeça" na epiderme de folhas. Sua função é tornar a planta mais resistente às intempéries (como vento e chuvas) e fornecer a estrutura necessária para o seu crescimento e sustentação verticais. Além disso, essas paredes protegem contra a perda de umidade para o ambiente externo.
Elas são formadas principalmente por três componentes: celulose, hemicelulose e pectina. Segundo Zhenbiao Yang, principal autor do estudo e professor de botânica na UC, esses três polissacarídeos são estruturados como concreto armado, na construção. "A celulose funciona como vergalhões de hastes, provendo uma ampla base de sustentação. Ela é reforçada por cadeias (correntes) de hemicelulose e seladas pela pectina," explica ele.
Celulose, hemicelulose e pectina (e lignina) funcionam como concreto armado para dar estrutura às paredes celulares. Crédito Caroline Dahl/Universidade da Califórnia
Apesar de suas muitas vantagens, isso apresenta um desafio no momento de seu crescimento. Sua rigidez impede que as células se dividam e separem com a mesma facilidade de outros organismos. Há cerca de cinco décadas, foi proposta uma teoria que explicava o processo. O hormônio auxina — nomeado a partir da palavra grega para "crescer" — , quando as plantas estão prontas, promove a acidificação das paredes celulares, enfraquecendo as ligações entre seus componentes. Dessa maneira, ela se tornaria mais maleável, permitindo a multiplicação celular.
A biologia por trás da auxina
Os pesquisadores da UC descobriram o mecanismo biológico por trás dessa acidificação: a auxina promove a injeção de prótons nas paredes celulares. Isso, por sua vez, diminui seu pH, tornando-as mais ácidas. Em seguida, a maior acidez cria as condições para ativação das expansinas, uma classe de proteínas responsáveis por quebrar as ligações entre a celulose e a hemicelulose. Com essa estrutura enfraquecida, a parede se torna maleável.
E ainda há outro efeito que contribui com o processo. Com o aumento da acidez interna da célula, o meio externo se torna hipotônico (menor concentração de substâncias dissolvidas). Isso promove a osmose, processo que visa equilibrar a concentração de substâncias dissolvidas entre dois meios, separados por uma membrana semipermeável, através do trânsito de água (ou outro solvente).
Nas células, isso significa que o meio intracelular (mais ácido) receberá água do meio externo, o que acaba inchando a célula e aumentando sua pressão interna. Como as paredes já estão mais maleáveis, a célula pode se expandir e "inflar", ajudando no crescimento da planta.
Zhenbiao Yang e as plantas do gênero Arabidopsis usadas para seu estudo. Crédito Zhenbiao Yang/UC
"Como em uma bexiga, a expansão depende da grossura da cápsula contra o quanto de ar estamos soprando para dentro," afirma Yang. "Diminuir o pH nas paredes celulares permite que água de fora da célula entre, alimentando a pressão de turgor e a expansão." Essa "pressão de turgor" é uma medida do quanto a célula está distendida e inchada, mais ou menos como no exemplo da bexiga. Quanto mais distendida, mais rígida e pronta para se dividir ela está.
Outros processos de crescimento
A auxina ainda auxilia com o crescimento em um processo secundário. Ela é capaz de ativar uma expressão genética ao chegar no núcleo da célula, desencadeando um aumento na expansão, além de outros mecanismos de regulação de crescimento. Nesse processo, a acidificação é intensificada, funcionando em conjunto com o outro mecanismo estudado pela equipe da UC.
"O trabalho recente do dr. Yang representa um avanço significativo no nosso entendimento de como a auxina regula a expansão celular. Já era sabido que acidificação do meio extracelular promove expansão, mas ainda não sabíamos como isso acontecia," afirmou Mark Estelle, também professor da UC. Ele anteriormente descobriu esta ação na expressão genética da auxina e é especialista no assunto.
Segundo a equipe da UC, estudar a auxina tem aplicações muito extensas, visto que esse mecanismo regula o crescimento de raízes, frutos, brotos e ativação das sementes. E até influencia na capacidade das plantas de direcionar suas raízes para baixo e caule para cima.
Além das aplicações diretas e promissoras em agricultura, Yang acredita que pesquisas como esta podem levar a descobertas relacionadas até com a medicina. Segundo ele, "entender como a biologia básica funciona pode eventualmente ter um impacto na saúde humana. Conforme nosso conhecimento se expande, podemos aprender que processos em humanos são análogos."