Investigação dentro das células vegetais encontra peça-chave do quebra-cabeça da fotossíntese C4

Autoria: ARC Center of Excellence for Translational Photosynthesis.

Um impressionante corpo de evidências publicado esta semana revela a resposta a um mistério que intrigou os cientistas de plantas por mais de 30 anos: o papel da molécula suberina nas folhas de algumas de nossas safras mais produtivas. Essa descoberta pode ser a chave para desenvolver melhores safras e garantir a segurança alimentar futura.

Culturas altamente produtivas como cana-de-açúcar, sorgo e milho pertencem ao tipo de planta que usa a via fotossintética C 4 mais eficiente para transformar água, luz solar e dióxido de carbono (CO 2 ) em açúcares.

Os cientistas sabem há muito tempo que um dos principais fatores que torna a fotossíntese C 4 mais eficiente é que eles têm a capacidade de encerrar CO 2 dentro de um compartimento estanque a gases no tecido foliar, tornando mais fácil para a ineficiente enzima fotossintética Rubisco fixar carbono.

"A grande questão que não fomos capazes de responder até agora é o que torna este compartimento estanque ao gás para que o CO 2 não possa escapar?" diz a autora principal, Florence Danila, do Centro de Excelência para Fotossíntese Translacional (CoETP) da Australian National University (ANU).

"A pesquisa fornece várias evidências sobre a responsabilidade da suberina em tornar as células das folhas das plantas C 4 impermeáveis ​​aos gases. A suberina forma uma camada que mantém o gás CO 2 dentro de uma camada de células chamada bainha do feixe. Nós cultivamos plantas mutantes que não desenvolvem esta camada e vimos o efeito deletério que esta mutação tem no seu crescimento e na sua capacidade de fotossintetizar ", diz a Dra. Danila, que trabalha na ANU como parte do Projeto Internacional C 4 Rice, liderado pela Universidade de Oxford.

Esta descoberta é o resultado de muitos anos de trabalho, um pouco de serendipidade e acesso a técnicas modernas que não estavam disponíveis até recentemente, incluindo mapeamento genômico mais rápido e barato, fenotipagem de alto rendimento, microscopia eletrônica e medidas de troca gasosa.

“Há muito que sabemos que a suberina está nas células da bainha das folhas das plantas C 4. No entanto, não tínhamos evidências experimentais que comprovassem seu papel essencial na fotossíntese C 4. Agora, pela primeira vez, pudemos ver claramente ao microscópio as diferenças anatômicas entre plantas com e sem suberina. O elemento chave nesta descoberta é que encontramos uma população mutante de milheto (Setaria viridis) que não tinha o gene que produz suberina ", disse a vice-diretora do CoETP, Professora Susanne von Caemmerer, uma das co-autoras deste estudo.

Esta população mutante indescritível foi gerada no International Rice Research Institute (IRRI) por meio da triagem de centenas de plantas sob condições de baixo CO 2 e, em seguida, selecionando as plantas que não tiveram um bom desempenho.

"Usando a triagem de alto rendimento, identificamos apenas três mutantes com capacidade fotossintética prejudicada. Enviamos as sementes para a ANU em Canberra e eles cresceram e analisaram usando o microscópio eletrônico e técnicas de troca gasosa. Para nossa surpresa, um desses mutantes foi o único que faltou suberina, diz o Dr. Rob Coe, que foi responsável pelo processo de triagem no IRRI.

O Diretor do Centro e co-autor do artigo Bob Furbank diz que "esta é uma descoberta muito emocionante, uma das últimas peças mecanicistas do quebra-cabeça da fotossíntese C 4, como Hal Hatch, o descobridor da via C 4 notou algum tempo atrás."

“Mostra que as descobertas científicas podem levar muito tempo para serem resolvidas e que a receita para momentos como este é o trabalho colaborativo de vários especialistas aliado a tecnologias modernas, além de uma pitada de serendipidade. Parece que todas as estrelas se alinharam isso tempo para nós, mas certamente foi um osso duro de roer ", diz ele.

O Dr. Danila diz que os próximos passos da equipe envolvem a aplicação de sua descoberta e novas metodologias desenvolvidas a projetos como o projeto de arroz C 4, que visa converter o arroz (de fotossíntese C3) no caminho do C 4 mais produtivo .

"Também vamos nos concentrar em outro mistério não resolvido: o caso de um grupo de gramíneas que usam fotossíntese C 4, mas não têm suberina", diz ela.