Estudo identifica mecanismo de
controle de assimilação de nitrogênio pelas plantas.
por Elton
Alisson, da Agência Fapesp
Descoberta, feita por cientistas da Unicamp e da
Universidade de Edimburgo, abre perspectivas para o desenvolvimento de
cultivares menos dependentes de fertilizantes à base do nutriente. Foto:
divulgação.
Agência Fapesp – Pesquisadores do Instituto de
Biologia da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), em colaboração com
colegas da University of Edinburgh, na Escócia, identificaram um novo mecanismo
pelo qual as plantas controlam a absorção e assimilação de nitrogênio.
A descoberta, realizada no âmbito de um trabalho de
doutorado feito com Bolsa da FAPESP, abre perspectivas para o desenvolvimento
de cultivares menos dependentes de fertilizantes à base de nitrogênio,
largamente utilizados na agricultura para impulsionar o crescimento e a
produção vegetal.
Os principais resultados do estudo foram descritos
em um artigo publicado na revista Nature Communications. “Identificamos uma
nova via de regulação da assimilação de nitrogênio em plantas. Ao alterar essa
via foi possível fazer com que as plantas assimilassem mais nitrogênio e,
consequentemente, crescessem mais. Dessa forma, esperamos contribuir para a
redução do uso excessivo de fertilizantes que frequentemente impactam o ambiente
e que representam altos custos na produção agrícola”, disse Lucas Frungillo,
primeiro autor do artigo, à Agência FAPESP.
De acordo com Frungillo, as plantas absorvem
nitrogênio do solo na forma de nitrato. Uma vez absorvido pelas raízes o
nitrato é transportado, principalmente, para a parte aérea do vegetal para ser
posteriormente assimilado na forma de aminoácidos e proteínas.
Ao longo do processo assimilatório, o nitrato é
convertido em nitrito nas folhas das plantas por meio de uma reação catalisada
por uma enzima chamada nitrato redutase.
O nitrito é majoritariamente transportado para o
cloroplasto – organela presente nas células vegetais, também responsável pela
fotossíntese –, onde segue na via de assimilação de nitrogênio até a formação
de aminoácidos. O nitrito também pode ser transformado em óxido nítrico por
outras reações enzimáticas e não enzimáticas no interior das células vegetais.
Por muito tempo, segundo Frungillo, a reação de
formação de óxido nítrico ao longo da via de assimilação do nitrato foi
considerada um subproduto do processo de assimilação de nitrogênio pelas
plantas.
Ao estudar esse processo em diferentes cultivares
de Arabidopsis thaliana – uma pequena planta herbácea, nativa da Europa, Ásia e
África, da família das Brassicaceae, a que também pertence a mostarda –,
Frungillo e colegas descobriram que, além de outras ações nas plantas, o óxido
nítrico também atua como uma molécula de sinalização, indicando quando as
plantas devem limitar a absorção e assimilação de nitrato.
“O óxido nítrico desempenha um papel de
sinalizador, indicando para a planta se ela tem ou não nitrogênio suficiente
para se desenvolver. Ele faz isso através da regulação da assimilação do
nitrato pelo vegetal”, explicou.
Estratégia de sinalização
De acordo com Frungillo, a estratégia utilizada
pelo óxido nítrico para aumentar sua concentração e exercer o papel de
sinalizador no processo de assimilação de nitrogênio pelas plantas é regular a
enzima capaz de degradar uma de suas formas bioativas: a S-nitrosoglutationa
Redutase 1 (GSNOR1).
Diferentemente do que se observa em outros modelos
biológicos, em que o aumento da disponibilidade de uma molécula induz o aumento
na atividade de uma enzima capaz de degradá-la, no caso do óxido nítrico o
movimento é contrário.O aumento da disponibilidade de óxido nítrico na planta
leva a uma redução da atividade da GSNOR1.
“O óxido nítrico é capaz de inibir diretamente a
atividade da enzima GSNOR1 por meio de uma modificação pós-traducional
[processos que podem alterar o tamanho, composição, função e localização de
proteínas] chamada de S-nitrosilação. Dessa forma, ele regula sua própria
disponibilidade na planta e controla sua ação sinalizadora, indicando quando a
planta deve reduzir a assimilação de nitrato”, explicou.
Por meio de engenharia genética é possível aumentar
o número de cópias dessa enzima que contrapõe a sinalização do óxido nítrico,
reduzindo o impacto inibitório desse sinalizador em sua degradação. “É possível
mitigar geneticamente esse efeito de ‘autopromoção’ do óxido nítrico”, indicou
Frungillo.
A fim de testar essa hipótese, os pesquisadores da
University of Edinburgh desenvolveram durante o estudo uma variedade de
Arabidopsis thaliana, chamada de 35S::GSNOR1, que superexpressa a GSNOR1.
Os resultados das análises genéticas e bioquímicas,
realizadas no laboratório coordenado pelo professor Gary J. Loake e repetidos
no Brasil, indicaram que a planta conseguiu assimilar maior quantidade de
nitrogênio e, consequentemente, crescer mais em comparação com outras variedades
com expressão normal da GSNOR1.
“A planta 35S::GSNOR1 tem maior número de cópias da
enzima GSNOR1 e, por mais que ela ainda seja regulada pelo óxido nítrico, sua
atividade é maior nesse genótipo do que nos outros que estudamos. Por isso, o
processo de sinalização do óxido nítrico na planta é reduzido e ela consegue
assimilar mais nitrogênio e crescer um pouco mais”, explicou Frungillo, que
permaneceu cinco meses no laboratório do professor Loake para realizar
experimentos complementares e finalizar o estudo.
De acordo com ele, também por meio de engenharia
genética pode ser possível desenvolver novas variedades de plantas com os
processos de sinalização do óxido nítrico alterados e impulsionar ainda mais o
crescimento dos vegetais.
“Ao degradar uma forma bioativa do óxido nítrico, a
planta diminui a disponibilidade desse sinalizador, passando então a assimilar
mais nitrogênio. Consequentemente, ela se torna capaz de crescer e produzir
mais”, apontou.
“Esperamos que essa via de regulação da assimilação
de nitrogênio observada em Arabidopsis thaliana também exista na maioria das
plantas”, disse Frungillo.
O artigo S-nitrosothiols regulate nitric oxide
production and storage in plants through the nitrogen assimilation pathway
(doi: 10.1038/ncomms640), de Frungillo e outros, pode ser lido por assinantes
da revista Nature Communications em www.nature.com/ncomms/2014/141111/ncomms6401/full/ncomms6401.html.
Fonte: Agência Fapesp
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