À medida que as temperaturas sobem, pesquisadores revelam como as plantas respondem.
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Pequenas aberturas na superfície das folhas, conhecidas como estômatos, permitem que as plantas “respirem” regulando a perda de água por meio da evaporação. Esses poros também gerenciam a absorção de dióxido de carbono necessário para a fotossíntese e o crescimento.
Desde o século XIX, os cientistas sabem que as plantas ampliam seus poros estomáticos para liberar vapor d’água, ou “suor”, através da transpiração, ajudando-as a se resfriar. Com o aumento das temperaturas globais e das ondas de calor, esse processo é visto como uma defesa crucial contra danos causados pelo calor.
No entanto, por mais de um século, os biólogos das plantas não entenderam completamente os mecanismos genéticos e moleculares que impulsionam essa atividade estomática aumentada e a transpiração em resposta às temperaturas mais altas.
Pesquisadores da UC San Diego descobrem dois caminhos-chave na resposta das plantas ao aumento das temperaturas
Agora, o estudante de doutorado Nattiwong Pankasem e o professor Julian Schroeder da UC San Diego mapearam esses mecanismos. Sua pesquisa, publicada na New Phytologist, identifica dois caminhos que as plantas utilizam para lidar com o aumento das temperaturas.
“Com o aumento das temperaturas globais, a agricultura enfrenta uma ameaça clara das ondas de calor”, disse Schroeder. “Esta pesquisa revela que o aumento das temperaturas desencadeia a abertura dos estômatos por meio de um caminho genético. No entanto, quando o calor se intensifica, um segundo mecanismo é ativado para aumentar ainda mais a abertura dos estômatos.”
Durante anos, os cientistas lutaram para identificar os mecanismos por trás das aberturas estomáticas induzidas pela temperatura devido à complexidade das medições envolvidas. O desafio estava em manter a umidade do ar constante, ou a diferença de pressão de vapor (DPV), à medida que as temperaturas aumentavam, dificultando a separação das respostas à temperatura e à umidade.
Técnica inovadora revela mecanismos genéticos por trás das respostas estomáticas ao calor
Pankasem abordou essa questão desenvolvendo uma nova técnica para manter níveis fixos de DPV nas folhas à medida que as temperaturas aumentavam. Isso lhe permitiu desvendar os mecanismos genéticos envolvidos em várias respostas estomáticas, incluindo aquelas influenciadas por sensores de luz azul, hormônios de estresse hídrico, sensores de dióxido de carbono e proteínas sensíveis à temperatura.
Um fator chave nesta pesquisa foi o uso de um analisador de troca gasosa de próxima geração, que ofereceu melhor controle sobre a DPV. Essa tecnologia permitiu que os pesquisadores estudassem os efeitos da temperatura nas aberturas estomáticas sem remover as folhas das plantas vivas.
Os achados revelaram que a resposta estomática ao aquecimento é controlada por um mecanismo encontrado em várias linhagens de plantas. Pankasem examinou os mecanismos genéticos em duas espécies de plantas: Arabidopsis thaliana, uma erva amplamente estudada, e Brachypodium distachyon, uma planta com flores relacionada a culturas importantes como trigo, milho e arroz, oferecendo insights valiosos para essas espécies agrícolas.
Sensores de Dióxido de Carbono desempenham um papel central nas respostas estomáticas à temperatura
Os pesquisadores identificaram os sensores de dióxido de carbono como fundamentais para as respostas estomáticas ao aquecimento e ao resfriamento. Esses sensores detectam o aquecimento rápido nas folhas, o que aumenta a fotossíntese e reduz os níveis de dióxido de carbono, levando os estômatos a abrirem e aumentarem a absorção de dióxido de carbono.
Curiosamente, eles também descobriram um segundo caminho de resposta ao calor. Sob calor extremo, a fotossíntese fica estressada e diminui, fazendo com que a resposta estomática contorne o sistema de sensores de dióxido de carbono e se desconecte dos processos típicos impulsionados pela fotossíntese. Em vez disso, os estômatos ativam um caminho alternativo, funcionando como um mecanismo de resfriamento “por trás” para liberar vapor d’água.
Segundo mecanismo de resposta ao calor reduz a eficiência do uso de água nas culturas
“O segundo mecanismo, onde os estômatos se abrem sem se beneficiar da fotossíntese, diminui a eficiência do uso de água nas culturas”, explicou Pankasem. “Nosso estudo sugere que as plantas podem precisar de mais água para cada unidade de CO2 absorvida, o que tem implicações para o planejamento da irrigação e o impacto do aumento da transpiração no ciclo da água sob o aquecimento global.”
“Esta pesquisa ressalta o valor da ciência fundamental, impulsionada pela curiosidade, para enfrentar desafios sociais, melhorar a resiliência agrícola e avançar na bioeconomia”, disse Richard Cyr, um diretor de programa da Fundação Nacional de Ciência dos EUA. “Compreender os mecanismos moleculares que controlam a função estomática em temperaturas mais altas pode ajudar a desenvolver estratégias para reduzir o uso de água na agricultura à medida que as temperaturas globais aumentam.” Pankasem e Schroeder estão agora explorando os mecanismos moleculares e genéticos por trás desse segundo caminho de resposta ao calor. Os co-autores do estudo incluem Nattiwong Pankasem, Po-Kai Hsu, Bryn Lopez, Peter Franks e Julian Schroeder.
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