Como os Legumes fornecem Oxigénio às Bactérias Simbióticas nas suas Raízes

Os pesquisadores descobrem a genética nas leguminosas que controla a produção de uma molécula transportadora de oxigénio, essencial para o relacionamento próximo da planta com as bactérias fixadoras de nitrogénio.

A descoberta oferece a possibilidade de dar a outras plantas a capacidade de gerar amónia a partir de bactérias — diminuindo a necessidade da prática dependente de combustível fóssil e poluente de usar fertilizantes sintéticos nas plantas.

As raízes das leguminosas abrigam microorganismos simbióticos. Essas bactérias capturam o nitrogénio do ar, transformando-o em amónia, um nutriente essencial para as plantas.

Em troca, as plantas acomodam os microrganismos nos nódulos das raízes, oferecendo açúcares e oxigénio. A quantidade de oxigénio precisa ser exata para suportar a simbiose. As bactérias precisam de oxigénio para alimentar as suas reações químicas, mas muito impede uma enzima crítica que transforma o nitrogénio do ar em amónia que a planta pode usar.

A resposta da planta a este ‘paradoxo do oxigénio da fixação biológica do nitrogénio’ é uma molécula chamada leghemoglobina. Semelhante à hemoglobina que transporta oxigénio no nosso sangue, a leghemoglobina se liga ao oxigénio sendo vermelha; fornece aos nódulos de leguminosas a sua tonalidade rosa. Anteriormente, não se sabia como as plantas regulam a quantidade dessa molécula produzida.

O grupo de pesquisa determinou dois fatores de transcrição que controlam a quantidade de leghemoglobina produzida nos nódulos vegetais.

“ Isso oferece uma visão crucial de como as leguminosas desenvolvem o ambiente microaeróbico necessário para a fixação de nitrogénio. Este conhecimento pode ser valioso para melhorar a fixação de nitrogênio em vegetais e também seria essencial para a transferência da nodulação para culturas não leguminosas”, ilustra o autor correspondente, Dr. Jeremy Murray, Líder do Grupo CEPAMS.

Dr. Jeremy Murray acrescenta, “embora vários genes associados a outros processos de nodulação tenham sido identificados, esta é a primeira descoberta na rede regulatória genética envolvida diretamente no controle da fixação de nitrogénio”.

O estudo foi conduzido por um grupo colaborativo, liderado pelo Dr. Suyu Jiang na equipa do Dr. Jeremy Murray no Centro de Excelência para Plantas e Ciências Microbianas CAS-JIC (CEPAMS), Centro de Excelência em Ciências Moleculares de Plantas (CEMPS), Chinês Academia de Ciências, Xangai, China, com a cooperação do Dr. Pascal Gamas e da Dra. Marie-Françoise Jardinaud no LIPME (Université de Toulouse, França).

A equipa de pesquisa usou o modelo de leguminosa, Medicago truncatula, para percorrer uma família de proteínas em plantas com vários membros com funções na nodulação. Eles observaram quais proteínas desta classe são geradas em nódulos que abrigam a simbiose e descobriram haver 2– NIN e NLP2, que quando estes estão inativos, a fixação de nitrogénio reduz. Isso implica que eles estão envolvidos na fixação de nitrogénio.

Para uma investigação mais aprofundada, eles expandiram plantas num sistema aeropônico, sem solo, para observar os nódulos e descobriram que as plantas sem NIN e NLP2 eram de tamanho menor e tinham nódulos menores e menos rosados. Após um exame mais detalhado, eles tinham níveis inferiores de leghemoglobina. Experimentos adicionais descobriram que NIN e NLP2 ativam diretamente a expressão de genes de leghemoglobina.

“Este projeto de pesquisa foi estritamente motivado pela curiosidade; tudo o que sabíamos inicialmente era que o aspeto da transcrição que estávamos a estudar era extremamente e especificamente expresso em células fixadoras de nitrogénio, originalmente não tínhamos conhecimento de qualquer ligação com a leghemoglobina”, reflete o Dr. Murray.

Além disso, a pesquisa forneceu insights sobre a evolução dessa simbiose crucial. Eles descobriram que membros da família dos fatores de transcrição controlam a fabricação de hemoglobinas não simbióticas nas plantas, que estão envolvidas na reação das plantas aos baixos níveis de oxigénio.

Jeremy explica ainda: “Isso foi incrível porque sugere que esses fatores de transcrição e os seus alvos de hemoglobina foram contratados para a nodulação como módulos para ajudar a melhorar a energética nas células fixadoras de nitrogénio, oferecendo uma rara visão de como essa sinergia se desenvolveu”.

Leia o artigo original em Scitechdaily.com .

Referência: “Fatores de transcrição de proteínas semelhantes a NIN regulam genes de leghemoglobina em nódulos de leguminosas” por Suyu Jiang, Marie-Françoise Jardinaud, Jinpeng Gao, Yann Pecrix, Jiangqi Wen, Kirankumar Mysore, Ping Xu, Carmen Sanchez-Canizares, Yiting Ruan, Qiujiu Li , Meijun Zhu, Fuyu Li, Ertao Wang, Phillip S. Poole, Pascal Gamas e Jeremy D. Murray, 28 de outubro de 2021,  Science .
DOI: 10.1126 / science.abg5945