Pesquisadores descobrem uma mudança genética nas plantas que pode transformar folhas simples em formato de colher em folhas complexas com folíolos
A diversidade de formas de organismos vivos é enorme. Mas como as células individuais coordenam em conjunto a formação de órgãos e tecidos em organismos complexos ainda é uma questão em aberto. Pesquisadores do Instituto Max Planck de Pesquisa de Melhoramento de Plantas em Colônia, Alemanha, descobriram um mecanismo genético que muda a direção do crescimento das células vegetais durante o desenvolvimento das folhas e, assim, determina a forma de uma folha.
Miltos Tsiantis e seu grupo do Instituto Max Planck de Pesquisa em Melhoramento de Plantas querem descobrir como as formas biológicas se desenvolvem e a base de sua diversidade. Os pesquisadores estão usando agrião (Arabidopsis thaliana), uma vez que o genoma e o desenvolvimento desta pequena erva daninha de jardim têm sido intensamente estudados há muitos anos. Ao compará-lo com seu parente próximo, o agrião peludo (Cardamina peludo), que tem folhas formadas por folíolos individuais, em vez de simples folhas em forma de colher de Arabidopsisos pesquisadores querem descobrir como os diferentes formatos de folhas se desenvolvem.
O crescimento das folhas é controlado pelo hormônio auxina: folhas, folíolos ou flores se desenvolvem em áreas com alta concentração de auxina. O local onde o hormônio se acumula é determinado pela atividade da proteína PIN1, que transporta a auxina para fora das células. Os transportadores PIN1 não estão distribuídos uniformemente pela superfície de uma célula, mas podem estar concentrados na parte superior ou inferior, por exemplo. Essa assimetria é decisiva para onde a auxina atua. A distribuição PIN1 também pode ser alterada para criar um padrão de crescimento ligado/desligado, por exemplo, no arranjo das folhas ao longo de um caule. Esta capacidade do PIN1 e da auxina de organizar o crescimento das plantas é conhecida há algum tempo. “No entanto, sabemos muito pouco sobre como as diferentes distribuições do transportador PIN1 são controladas e como os diferentes padrões de crescimento são desencadeados nas células, o que acaba por determinar a forma de uma folha”, explica Tsiantis.
Os pesquisadores usaram microscópios de última geração para visualizar células individuais nas plantas e criaram imagens de lapso de tempo do desenvolvimento das folhas que lhes permitiram medir o crescimento de cada célula na superfície da folha. Ao usar proteínas fluorescentes para marcar os produtos dos genes nos quais estão interessados, eles também podem observar quais genes estão ativos, quando e onde nas células. Trabalhando em conjunto com Adam Runions, da Universidade de Calgary, os pesquisadores usam esses dados biológicos para gerar modelos de computador que lhes permitem simular as interações genéticas que, em última análise, controlam os padrões de crescimento nas folhas.
O interruptor genético controla onde a auxina se acumulará
Durante as investigações das duas plantas modelo, a equipe descobriu uma mudança genética envolvendo um gene chamado CUC1. Quando ativado, esse interruptor pode influenciar o local da célula em que o transportador PIN1 e, subsequentemente, o hormônio do crescimento auxina, se acumularão. CUC1 não está ativo nas folhas simples de Arabidopsis. No agrião peludo, entretanto, o CUC1 leva à formação de folíolos. “Descobrimos que esta mudança dependente de CUC1 instrui o crescimento celular a ocorrer em um padrão específico, que no agrião peludo permite o desenvolvimento de seu formato complexo de folha”, explicam os pesquisadores Ziliang Hu e David Wilson-Sánchez, os principais autores do estudo. . “Quando ativamos o CUC1 em Arabidopsis thalianatambém forma folhas mais complexas.”
As suas experiências não só ajudam a explicar as diferentes folhas das duas espécies de plantas estudadas, como também demonstram como uma mudança genética pode afectar a polaridade e o crescimento de células individuais de uma forma coordenada e, assim, levar à formação de formas complexas. “Com este trabalho, temos agora uma imagem muito mais clara dos mecanismos fundamentais que operam nas células para gerar as formas das plantas e sua diversidade”, diz Tsiantis.
Um módulo genético CUC1/auxina liga a polaridade celular ao crescimento padronizado dos tecidos e à diversidade do formato das folhas em plantas crucíferas.
