Uma equipe de pesquisa liderada pelo CRAG identificou pela primeira vez o mecanismo molecular que regula a expansão dos cotilédones, uma fase fundamental, mas pouco estudada, do desenvolvimento das mudas.

   O estudo fornece uma visão detalhada de como as plântulas regulam seu crescimento em resposta à luz e propõe um modelo que pode ser aplicável a outros tecidos, como o desenvolvimento de órgãos em animais.

   Os cotilédones são as primeiras folhas embrionárias a emergir durante a germinação da planta e desempenham um papel fundamental nos estágios iniciais do desenvolvimento. Ao serem expostos à luz pela primeira vez, os cotilédones expandem-se e tornam-se o primeiro tecido fotossintético da plântula. Apesar de sua importância, o processo de expansão dos cotilédones tem sido pouco estudado e o mecanismo regulador exato era desconhecido até o momento.

   Os cotilédones são estruturas cruciais para o estabelecimento da futura planta. Assim que a plântula germina a partir da semente, os cotilédones, frequentemente ricos em lipídios, servem como fonte de nutrientes para promover seu desenvolvimento. Enquanto a plântula permanece no escuro, normalmente enterrada no subsolo, os cotilédones (dois no caso de plantas dicotiledôneas como a Arabidopsis) são pequenos e unidos. A exposição à luz desencadeia uma série de mecanismos que transformam completamente a plântula em um processo conhecido como desestiolamento. Esse processo envolve uma reprogramação total, incluindo mudanças como a inibição do alongamento do hipocótilo, o desenvolvimento de cloroplastos e o desdobramento e expansão dos cotilédones. Estes então se tornam o primeiro tecido fotossintético da plântula, permitindo que ela se torne autotrófica, capaz de produzir seus próprios nutrientes por meio da fotossíntese.

   Neste estudo, conduzido pelo pesquisador de pós-doutorado Nil Veciana em colaboração com a pesquisadora Guiomar Martín, a equipe de pesquisa do CRAG observou que, durante a expansão dos cotilédones, as diferentes camadas celulares seguem padrões de crescimento distintos. Na epiderme, a camada mais externa, as células se expandem adotando um formato característico de "peça de quebra-cabeça", que reduz o estresse mecânico na parede celular e previne distorções causadas pelo aumento da pressão. Em contraste, no mesofilo paliçádico, a camada celular abaixo da epiderme, as células não apenas se expandem, mas também se dividem. Esta é a primeira vez que esse fenômeno é descrito, pois anteriormente se acreditava que a expansão celular era o único mecanismo envolvido no crescimento dos cotilédones. A divisão celular durante a expansão dos cotilédones pode ser uma estratégia para minimizar e gerenciar o estresse mecânico sofrido por esse tecido, que não possui o formato de quebra-cabeça. Um aumento na divisão celular também aumenta o número de cloroplastos e, portanto, aumenta a capacidade fotossintética dos cotilédones durante a desestiolação.

FOTO: (Esquerda) Cotilédones de mudas de 2 dias cultivadas no escuro; (direita) Plântulas expostas à luz vermelha por 48 horas.

   Por fim, a equipe de pesquisa concluiu que, embora esses dois mecanismos sejam coordenados, a regulação da expansão e da divisão celular são processos dissociados e governados de forma independente. A expansão parece depender de forças mecânicas entre as duas camadas, enquanto a divisão celular é regulada pela luz e pelo tipo específico de célula.

   Durante o processo de desestiolamento, a transição da escuridão para a luz, os fotorreceptores desempenham um papel fundamental, particularmente os fitocromos, proteínas que detectam a luz vermelha e iniciam uma cascata de sinalização que, em última análise, leva a alterações na expressão de genes específicos. Essa cascata envolve os PIFs (abreviação de Fatores de Interação com Fitocromos), fatores de transcrição que regulam a expressão gênica em resposta à luz.

   Utilizando mutantes da planta modelo Arabidopsis thaliana, a equipe de pesquisa determinou que os PIFs são responsáveis ​​por inibir tanto a expansão celular na epiderme quanto a expansão e divisão no mesofilo paliçádico. Na ausência de PIFs, os cotilédones se expandem mesmo no escuro, embora não se tornem verdes devido à falta de luz.

   Os pesquisadores também observaram que, para que esse processo de expansão ocorra, cloroplastos intactos são essenciais. De fato, mudas de Arabidopsis com cloroplastos danificados, seja por luz excessivamente intensa ou pela presença de um composto químico que danifica os cloroplastos, são incapazes de expandir seus cotilédones. A proteína GUN1 está envolvida nesse processo; ela é essencial para que os cloroplastos atuem como sensores ambientais e inibam a expansão dos cotilédones sob condições de luz excessiva, reduzindo assim a exposição e protegendo a plântula.

   Estudar como a área do tecido fotossintético é regulada é de grande importância, pois é um processo-chave para a planta e determinará sua capacidade fotossintética. Este estudo estabelece pela primeira vez que os cotilédones e seu processo de expansão durante a desestiolação são um excelente modelo para investigar como o crescimento e o controle da forma são regulados. Folhas adultas são estruturas onde muitos processos ocorrem simultaneamente, dificultando o isolamento desse mecanismo específico.

   Este trabalho fornece novos insights sobre como as plantas regulam seu crescimento inicial em resposta à luz, destacando a complexidade e a precisão dos mecanismos moleculares envolvidos no desenvolvimento das plântulas.

   Além disso, esse modelo pode ser aplicado a outros tecidos e até mesmo além das plantas, pois esses resultados podem ter implicações para outros processos multicamadas, como o desenvolvimento de órgãos em animais, onde a coordenação entre camadas celulares é essencial.

   Em um estudo publicado recentemente no The Plant Journal, o grupo de pesquisa liderado por Elena Monte, cientista do CSIC no Centro de Pesquisa em Genômica Agrícola (CRAG), descreveu pela primeira vez o mecanismo molecular que regula a expansão dos cotilédones durante o desenvolvimento das mudas.

*Esta matéria foi escrita pelo CRAG (Centro de Pesquisa em Genoma na Agricultura) e pode ser acessado em sei idioma original através de: https://www.cragenomica.es/crag-news/250523_SC_EMonte_cotiledons