Cientistas identificam o mecanismo que regula a abertura e fechamento dos estômatos
As plantas trocam constantemente oxigênio e dióxido de carbono com o meio ambiente, processo essencial para a fotossíntese. Esse processo de “respiração” ocorre graças a uma estrutura muito específica: o estômato. Estômatos são poros encontrados na superfície das folhas que controlam a troca de gases entre a planta e a atmosfera externa.
O controle da abertura estomática é essencial para regular a fotossíntese e a eficiência do uso da água, e para a fisiologia geral das plantas. Portanto, uma regulação precisa da dinâmica de abertura/fechamento estomático é crucial para compreender as alterações na fotossíntese e no rendimento quando as plantas estão sob situações de estresse, e pode ter impacto no setor agrícola.
Neste trabalho, publicado na prestigiada revista Nature Communications, o grupo liderado pela investigadora do CSIC do Centro de Investigação Agrigenómica (CRAG) Elena Monte, decifrou o mecanismo molecular que regula os movimentos rítmicos dos estômatos ao longo do dia.
Os estômatos são formados por duas células guarda (GC) e o poro entre elas, cujo tamanho depende se as células estão mais ou menos túrgidas, aumentando ou diminuindo a abertura estomática. A abertura ideal dos estômatos é determinada pela combinação de diferentes fatores ambientais e também internos. Normalmente, os estômatos fecham em condições de escuridão e sob estresse hídrico em resposta ao hormônio do estresse ABA (ácido abscísico) para evitar a perda de água, enquanto em condições de luz os estômatos se abrem para permitir a absorção de água e liberação de O2 durante o dia.
Para compreender detalhadamente os mecanismos que controlam os movimentos dos estômatos, a equipe do CRAG estudou a planta modelo Arabidopsis thaliana em períodos controlados de luz e escuridão para rastrear a abertura dos estômatos e identificar as proteínas e genes envolvidos por meio de métodos de biologia molecular e análise bioinformática.
Os pesquisadores descobriram que uma família de proteínas chamadas PIFs (Phytochrome Interacting Factors) se acumula no final do período noturno, e que esta é uma etapa crucial para posteriormente induzir a abertura dos estômatos pela manhã.
Os PIFs são fatores de transcrição que controlam a expressão de determinados genes e, neste caso, os pesquisadores determinaram que o acúmulo de PIFs desencadeia a ativação do gene KAT1, um canal de potássio (K+) específico para células de oclusão que controla a quantidade de íons e, portanto, a quantidade de água que entra nessas células.Na presença de luz, a ativação da proteína KAT1 desencadeia a entrada de íons potássio e aumento do turgor das células oclusivas, provocando a abertura dos estômatos.
Nil Veciana e Arnau Rovira, primeiros autores do trabalho, destacam a importância da descoberta de um desenho experimental onde as plantas foram estudadas “sem restrições hídricas e, portanto, com níveis endógenos de ABA”, condições em que há abertura rítmica dos estômatos e onde a regulação da resposta à luz/escuridão pode ser avaliada.
Na verdade, esta interação entre a função do PIF e os níveis endógenos de ABA nas células-guarda é fundamental para a regulação dinâmica dos estômatos. Durante a noite, o ABA endógeno permite que os estômatos permaneçam fechados, enquanto pela manhã é necessária uma redução no ABA para a abertura dos estômatos induzida pela luz e regulada pelo PIF.
Embora já se soubesse que os estômatos tinham movimentos rítmicos e também fossem conhecidas as proteínas envolvidas na sua abertura/fechamento, esta é a primeira vez que foi definido o mecanismo transcricional exato que regula a abertura dos estômatos durante o ciclo dia-noite. Além disso, a identificação de PIF e KAT1 como componentes essenciais neste regulamento abre a possibilidade de novas vias de pesquisa e possíveis intervenções biotecnológicas.
Compreender como o ciclo claro/escuro regula a abertura estomática pode servir para identificar metas para otimizar o desempenho da planta e a sua adaptação a diferentes situações de stress, por exemplo, num ambiente com restrição hídrica ou em condições de seca.
