Pesquisadores da Universidade Cornell descobriram uma forma até então desconhecida de as plantas regularem a água, tão fundamental que pode mudar os livros didáticos de biologia vegetal – e abrir caminho para o desenvolvimento de culturas mais tolerantes à seca.

   Até então, os cientistas acreditavam que os poros na superfície das folhas, chamados estômatos, que trocam vapor de água e dióxido de carbono com a atmosfera, eram o único meio pelo qual a planta regulava a perda de água.

   Mas um novo estudo descreve, pela primeira vez, como a regulação da água também ocorre sob a superfície da folha, nas membranas das células fotossintetizantes. O resultado foi possível graças ao AquaDust, um sensor em nanoescala desenvolvido pela Cornell que mede o nível de água dentro das folhas.

   “O que descobrimos ocorre nos últimos 100 micrômetros do longo caminho que a água percorre durante a transpiração, da raiz até o local onde evapora dentro das folhas”, disse Abe Stroock, professor Gordon L. Dibble ’50 da Escola Smith de Engenharia Química e Biomolecular da Faculdade de Engenharia da Universidade Cornell.

   Sabyasachi Sen, doutorando no laboratório de Stroock, e Piyush Jain, ex-membro do laboratório de Stroock que desenvolveu o AquaDust e agora é cofundador e CEO da startup Kubbly, são os primeiros autores do estudo, publicado em 19 de novembro nos Anais da Academia Nacional de Ciências (PNAS). Jain e Stroock são os autores correspondentes do artigo.

   Nas plantas, a água absorvida pelas raízes sobe pelo tecido vascular chamado xilema. Nas folhas, a água do xilema evapora das células do mesófilo fotossintetizante para minúsculos espaços intercelulares, de onde sai como vapor pelos estômatos.

   Este estudo descobriu que, embora as células do mesófilo permaneçam saturadas de água, os minúsculos espaços intercelulares ao seu redor podem ficar muito secos. Essa diferença no estado hídrico é criada à medida que a água se move através das membranas das células do mesófilo, fornecendo um segundo regulador do fluxo de água, juntamente com os estômatos.

   Ter acesso à forma como a água se move dentro da folha tornou a descoberta possível.

   “Nosso laboratório desenvolveu uma ferramenta para observar os minúsculos espaços de ar nas folhas e medir a dinâmica do estresse hídrico em escala celular”, disse Stroock sobre o AquaDust, um gel sintético macio e absorvente de água que ocupa os espaços intercelulares na região do mesófilo e incha e encolhe de acordo com a disponibilidade de água nas folhas.

   O AquaDust também contém corantes que fluorescem dependendo da proximidade entre as moléculas do corante. A microscopia de fibra óptica ou de fluorescência permite que os pesquisadores iluminem o gel e recebam uma medição espectral que revela o estresse hídrico local na folha.

   A descoberta é importante porque os melhoristas vegetais estão buscando novas maneiras de desenvolver culturas mais eficientes no uso da água, mas os processos regulados pelos estômatos criaram desafios únicos.

   As plantas absorvem dióxido de carbono para a fotossíntese, produzindo açúcares para energia e crescimento. Mas, quando a água é escassa, os estômatos se fecham para conservar a umidade, o que também limita a absorção de carbono e retarda o crescimento. O dilema entre crescimento e economia de água cria obstáculos para os melhoristas que buscam aprimorar a eficiência no uso da água, mas o estudo revela uma possível solução.

   “Descobrimos uma nova característica que bloqueia seletivamente a perda excessiva de água das folhas para a atmosfera sem comprometer a assimilação de carbono, melhorando assim a eficiência no uso da água”, disse Sen.

   Os pesquisadores já estão trabalhando com a Corteva Agriscience, uma empresa global do setor agrícola, para entender melhor como desenvolver milho mais eficiente no uso da água. “Se o mundo quiser desenvolver essa característica, o próximo passo é entender quais genes a controlam”, afirmou Sen.

   Entre os colaboradores estão Robert Twohey III e Anthony Studer, da Universidade de Illinois, Urbana-Champaign; Fulton Rockwell e N. Michele Holbrook, da Universidade de Harvard; Annika Huber, Sahil Desai, I-Feng Wu e Mehmet M. Ilman, da Universidade Cornell; e Tom De Swaef, do Instituto de Pesquisa Agrícola, Pesqueira e Alimentar da Flandres, na Bélgica.

   O estudo foi conduzido pelo Centro de Pesquisa em Sistemas Programáveis ​​de Plantas da Universidade Cornell, que é financiado pela Fundação Nacional de Ciência (National Science Foundation).

   Acesse em: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2504862122