Um novo estudo realizado pelo grupo de Cyril Zipfel, do The Sainsbury Laboratory, em colaboração com o Laboratório de Reprodução e Desenvolvimento de Plantas da École Normale Supérieure de Lyon (França), lança nova luz sobre um diálogo molecular fundamental para o desenvolvimento ideal das sementes e poderá viabilizar novas abordagens para a engenharia do tamanho das sementes.

   De culturas básicas como trigo, arroz e milho a oleaginosas como o girassol, as sementes são a base da agricultura global, fornecendo a maior parte do suprimento mundial de alimentos. Compreender como as sementes se desenvolvem é crucial para a segurança alimentar e para sistemas agrícolas mais sustentáveis ​​e resilientes.

   A pesquisa revela que o peptídeo PIPL7, produzido pelo embrião, é reconhecido pelo receptor HAIKU2 (IKU2) no endosperma — o tecido rico em nutrientes que sustenta o desenvolvimento da semente — para garantir a formação adequada da mesma.

   Os cientistas do TSL Cyril Zipfel e Jack Rhodes colaboraram com o grupo de Gwyneth Ingram, do Laboratório de Reprodução e Desenvolvimento de Plantas (RDP) da École Normale Supérieure em Lyon (França), para realizar este projeto complexo. Ao combinar suas expertises, eles demonstraram que a sinalização PIPL7-IKU2 coordena a comunicação entre o embrião e o endosperma.

   As descobertas do estudo também revelam o potencial para a engenharia de sementes maiores, com perspectivas agrícolas promissoras.

   O grupo de Cyril Zipfel no TSL trabalha com uma família de receptores envolvidos na sinalização de estresse e busca identificar os ligantes correspondentes aos diferentes membros dessa família de receptores. Conversamos com ele e com Jack Rhodes, líder de equipe no grupo de Cyril no TSL, para saber mais sobre como esse projeto e a colaboração surgiram.

   "Nós meio que chegamos a esse projeto por acaso", diz Jack. "Normalmente trabalhamos com peptídeos induzidos por patógenos de plantas ou estresse abiótico, e frequentemente somos questionados sobre a resolução espacial desses processos. Por exemplo: um tipo celular expressa o peptídeo enquanto outro expressa o receptor, ou a mesma célula expressa tanto o ligante quanto o receptor? Queríamos explorar isso mais a fundo."

   Quando o líder de grupo Tatsuya Nobori ingressou no TSL em 2024, trazendo experiência em análise de expressão espacial e em nível de célula única (*single-cell*), Jack e Cyril lhe forneceram uma lista de pares receptor-peptídeo que estavam estudando. Para tentar responder à questão recorrente, Tatsuya investigou, com maior resolução, onde esses pares receptor-ligante eram expressos na planta. Foi então que eles perceberam algo intrigante: um dos peptídeos induzidos por patógenos que estavam estudando apresentava alta expressão na síliqua, o órgão que contém as sementes de *Arabidopsis* em desenvolvimento. Embora não soubessem muito sobre esse peptídeo específico além de seu nome — PATHOGEN-INDUCED PEPTIDE-LIKE 7 (PIPL7) —, eles sabiam que outros peptídeos da mesma família podiam ser reconhecidos pelo receptor RLK7. Também observaram que o parente mais próximo do RLK7 é o HAIKU2 (IKU2), um receptor identificado há mais de 20 anos em uma triagem genética por seu papel no tamanho da semente, mas cujo ligante ainda era desconhecido.

   Os cientistas conseguiram formular uma hipótese fundamentada: o PIPL7 poderia ser o ligante do receptor IKU2.

   Foi nesse momento que os caminhos de Cyril e Gwyneth se cruzaram fortuitamente: o laboratório de Gwyneth, em Lyon, vinha estudando o receptor IKU2, expresso no endosperma de sementes em desenvolvimento. Por meio de análises genéticas de mutantes *iku2*, a equipe dela havia determinado que o IKU2 regula a polaridade e o desenvolvimento do endosperma em resposta a um peptídeo externo produzido pelo zigoto ou pelo embrião em estágio inicial, e já tinha um manuscrito pronto para submissão sobre essas descobertas.

   "A discussão do manuscrito dizia algo como: 'No futuro, precisamos descobrir o ligante do IKU2'", conta Cyril. "Nós achávamos que tínhamos conseguido identificar esse ligante. Foi assim que nossa colaboração começou: unimos forças e compartilhamos materiais e resultados."

   Os dois laboratórios possuíam especializações muito distintas, mas isso nunca foi um problema: "Uma das coisas de que realmente gostei neste projeto foi a sinergia entre os dois laboratórios", explica Jack. "A especialidade deles é o uso de genética e bioimagem para estudar o desenvolvimento de sementes, um processo longo e meticuloso. Por outro lado, nós abordamos o problema sob a perspectiva da interação planta-microrganismo, utilizando a expressão transitória para testar rapidamente as respostas do par receptor-ligante."

   Graças às suas análises de expressão transitória, Jack pôde confirmar que o receptor IKU2 reconhecia o ligante PIPL7.

   Incentivado por esse resultado, ele criou linhagens mutantes do peptídeo; os resultados revelaram que o mutante de peptídeo único imitava perfeitamente o fenótipo do mutante do receptor. Isso sugeriu que o PIPL7 é o ligante do IKU2 que o laboratório de Gwyneth buscava, mediando a sinalização entre o embrião e o endosperma em desenvolvimento para garantir o crescimento adequado da semente.

   Este novo estudo representou um avanço na compreensão da comunicação entre embrião e endosperma durante o desenvolvimento da semente. A colaboração com o RDP permitiu aos nossos cientistas responder a uma questão inicial recorrente: será que um tipo celular expressa um peptídeo enquanto outro expressa o receptor? No caso do par receptor-ligante IKU2-PIPL7, observou-se que as células do embrião expressam o ligante PIPL7, ao passo que o IKU2 é expresso nas células do endosperma.

   Além disso, nossos cientistas descobriram aplicações inesperadas para o trabalho, que podem ir muito além da *Arabidopsis*. Em um estudo promissor de prova de conceito realizado em uma cultura agrícola, eles demonstraram que o aumento da expressão de PIPL7 resulta em sementes maiores — uma característica com significativo potencial agrícola —, o que levou a equipe a registrar uma patente dessa descoberta em parceria com a PBL Technology.