Uma família de proteínas atua como um interruptor que regula a resposta ao ácido abscísico, o "hormônio do estresse hídrico" que ativa mecanismos de defesa contra secas.

   Um estudo liderado pelo Instituto Blas Cabrera de Química Física (IQF) do Conselho Superior de Investigações Científicas (CSIC) da Espanha, com participação do Instituto de Biologia Molecular e Celular de Plantas (IBMCP, CSIC-UPV), identifica o mecanismo molecular que permite às plantas ajustar sua sensibilidade e resposta à escassez hídrica. Esse "código" regula a função de proteínas que reagem à ativação do ácido abscísico (ABA), um hormônio que detecta a escassez de água e desencadeia mecanismos de defesa. Os resultados, publicados na revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), também demonstram o potencial de modificar geneticamente esse mecanismo para melhorar a resiliência das culturas no atual contexto de mudanças climáticas.

   O ácido abscísico, conhecido como "hormônio do estresse", permite que as plantas regulem seu comportamento em situações de déficit hídrico. Essa substância química permite que as plantas detectem a escassez de água e ativem mecanismos de defesa, como o fechamento dos estômatos (poros nas folhas) e a expressão de genes para lidar com a falta de água. A reação a esse hormônio depende de uma família de proteínas, conhecidas como receptores, que atuam como sensores que determinam o grau de sensibilidade na resposta à seca por meio de pequenas alterações em sua estrutura.

   O novo estudo identificou o “código molecular” mínimo, ou seja, as instruções essenciais que controlam o funcionamento desses receptores. Esse mecanismo não apenas atua como um interruptor que determina se essa família de proteínas deve ser ativada na presença do hormônio ABA, mas também funciona como um regulador de precisão. Isso permite que a planta calibre a intensidade da resposta, desde uma reação leve para conservar água até uma defesa imediata em situações de seca extrema. “Nosso trabalho revela como as plantas ajustaram evolutivamente sua capacidade de perceber esse hormônio”, explica Armando Albert, pesquisador do IQF-CSIC que liderou o estudo.

   A equipe de pesquisa demonstrou como esse código evoluiu para ampliar a gama de condições ambientais às quais as plantas podem responder. Essa descoberta foi feita após a comparação de três receptores que representam os extremos e pontos intermediários na evolução da percepção do ABA em plantas, desde espécies primitivas até culturas modernas. Os pesquisadores compararam um receptor da alga Zygnema circumcarinatum, considerada insensível ao ácido abscísico; um segundo receptor em uma hepática (primitiva), semelhante a um musgo, que pode ou não depender do ABA para gerar uma resposta; e um receptor em uma cultura moderna, especificamente a Citrus sinensis, ou laranja doce, que é totalmente dependente desse hormônio para ser ativado.

   Os resultados revelam como as plantas resolveram, ao longo da evolução, o equilíbrio entre a sensibilidade para ativar suas defesas e a robustez na calibração do grau de ativação. “Alguns receptores são altamente sensíveis e detectam baixos níveis de ABA em condições de estresse leve, enquanto outros requerem concentrações mais altas do hormônio, permitindo que a resposta seja mantida durante períodos de seca severa”, explica Pedro Luis Rodríguez, pesquisador do IBMCP que participou do estudo. Graças à combinação dessas estratégias, as plantas conseguem funcionar em uma ampla gama de condições ambientais.

   As plantas se adaptaram a ambientes em constante mudança por mais de 450 milhões de anos, desde sua transição da vida aquática para a terrestre. Ao longo desse processo evolutivo, desenvolveram mecanismos sofisticados para lidar com a escassez de água, um dos principais fatores que limitam a sobrevivência das plantas e a produtividade agrícola.

   Posteriormente, esse processo natural foi modulado pelos humanos com o início da agricultura, há cerca de 10.000 anos, quando espécies cultivadas foram selecionadas por seus maiores rendimentos. No entanto, essa seleção introduziu uma contrapartida fundamental: “Maior produtividade geralmente está associada a maior consumo de água, o que torna as culturas mais vulneráveis ​​à seca”, explica Albert.

   No contexto atual, as plantas não enfrentam apenas o estresse hídrico associado à maior produtividade, mas também os efeitos das mudanças climáticas, que causaram um aumento na temperatura média anual de mais de dois graus Celsius desde o final do século XIX. Essa situação confere particular relevância à descoberta publicada na revista PNAS: ela não apenas explica o mecanismo que as plantas utilizam para responder à escassez de água, mas, segundo os pesquisadores, demonstra a possibilidade de modificar esse código molecular.

   Os receptores analisados ​​no estudo são compostos por aminoácidos, ou seja, moléculas que se combinam para formar proteínas. Quando essas moléculas se ligam para formar os receptores, elas perdem uma molécula de água; o que resta do aminoácido após a ligação é conhecido como resíduo. Os pesquisadores demonstraram que mutações pontuais — a substituição de um resíduo por outro na cadeia proteica — permitem que a resposta dos receptores ao estresse hídrico seja reprogramada. Essas alterações revelaram como os receptores são ativados com intensidade variável pelo hormônio ABA e possibilitaram determinar se eles necessitam da presença desse hormônio para serem ativados ou se mantêm um estado basal.

   Este trabalho, que constitui a base da tese de doutorado de María Rivera-Moreno no IQF-CSIC, fornece uma base para o desenvolvimento de culturas que equilibrem melhor a produtividade e o uso da água, abrindo novos caminhos para melhorar a resiliência à seca no contexto das mudanças climáticas.