A expansão livre inicial do embrião dentro de uma semente é, em algum momento, inibida por seu contato com a testa, resultando na formação de dobras e bordas. Forças e restrições mecânicas afetam não apenas o formato do embrião, mas também seu desenvolvimento e metabolismo. Uma equipe de pesquisa internacional liderada pelo Instituto IPK Leibniz agora investigou os fundamentos da reação do embrião ao estresse mecânico na canola. Os resultados foram publicados recentemente no periódico “New Phytologist”.

   Em 2021, o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina foi concedido por elucidar a biologia dos mecanossensores. Essas descobertas revelaram como as forças mecânicas geradas pelo toque influenciam a diferenciação e a morfogênese dos tecidos em animais e humanos. As plantas usam meios semelhantes para sentir forças mecânicas, mas o papel da biomecânica e das proteínas mecanossensoriais é menos compreendido. Isso se aplica particularmente à embriogênese.

   Em um projeto financiado pela Fundação Alemã de Pesquisa (DFG), uma equipe de pesquisa internacional liderada pelo IPK investigou as restrições biomecânicas e seus efeitos na embriogênese na canola (Brassica napus), uma importante planta oleaginosa. A expansão inicialmente livre do embrião é inibida em um certo ponto pelo contato com o tegumento da semente. Isso leva à formação de dobras e bordas.

   Descobriu-se que os embriões não seguem simplesmente um programa de diferenciação intrínseco, mas são forçados a se adaptar ao espaço disponível para o crescimento. “Isso é feito modulando a proliferação celular e o metabolismo central. Isso afeta não apenas a forma e o tamanho finais do embrião, mas também seu progresso em direção à maturação e, portanto, o acúmulo de óleos e proteínas de armazenamento”, diz o Dr. Hardy Rolletschek, primeiro autor do estudo que foi publicado recentemente no periódico “New Phytologist”.

*A imagem descreve uma fatia virtual através de uma síliqua de Brassica napus, mostrando o arranjo espacial das sementes (em laranja). A imagem foi produzida usando ressonância magnética (RM). O embrião é espacialmente limitado para se desenvolver dentro da semente (endosperma e testa são semitransparentes), enquanto a semente em si é adicionalmente limitada pelas paredes de síliqua de cobertura. Esse arranjo gera algumas forças mecânicas que, em última análise, realimentam o embrião, seu potencial de crescimento e seu metabolismo.

   O projeto, liderado pelo Dr. Hardy Rolletschek e pela Dra. Ljudmilla Borisjuk, chefe do grupo de pesquisa do IPK "Assimilate Allocation and NMR", usou imagens de ressonância magnética, um método familiar para muitos na medicina, para análise não destrutiva e dinâmica. Este método, modificado no IPK para o estudo de plantas, foi combinado com simulações de computação gráfica para modelar a embriogênese e o crescimento de sementes. Para obter insights mais profundos, os pesquisadores expandiram o espectro para incluir métodos de imunomarcação, citometria de fluxo e análise de transcriptoma, proteoma, lipidoma e metaboloma. O trabalho contou com a colaboração próxima entre três grupos de pesquisa do IPK e colegas da Leibniz University Hannover e do Brookhaven National Laboratory (EUA).

   "Nossa pesquisa ajuda a explicar observações de longa data por melhoristas de plantas sobre variações em características relevantes de sementes induzidas por perturbações ambientais", diz a Dra. Ljudmilla Borisjuk. Para simplificar, se a vagem e/ou semente for pequena no início da primavera devido às más condições de crescimento na planta-mãe, o embrião dentro da semente e a própria semente serão menores como resultado. “O embrião pode aparentemente sentir o espaço fornecido pelas estruturas envolventes (síliqua, tegumento, endosperma)”, diz o cientista do IPK. Os ajustes feitos garantem o enchimento adequado da semente, a maturação e, finalmente, a germinação bem-sucedida.

   A plataforma de ressonância magnética recentemente estabelecida no IPK foi apoiada financeiramente pelo Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER) e pelo Investitionsbank Sachsen-Anhalt.

Publicação original:

Rolletschek et al. (2024): Mechanical forces orchestrate the metabolism of the developing oilseed rape embryo. New Phytologist. DOI: 10.1111/nph.19990