Em um estudo publicado no Annals of Botany, os pesquisadores investigaram o funcionamento interno da drosera com folhas de lança, sundew adelae, uma planta carnívora conhecida por seu órgão coletor e sistema digestivo únicos. A pesquisa, realizada por Meng Yu e colegas no Japão, revelou novas informações sobre uma enzima especializada chamada nuclease do tipo S1 (DAN1) no fluido digestivo da planta. As descobertas revelam informações sobre a expressão gênica dessa enzima, características estruturais e adaptações evolutivas, que desempenham um papel crucial na capacidade da planta de absorver nutrientes de suas presas.
Plantas carnívoras, como a drosera, evoluíram para capturar e digerir insetos e outros pequenos animais para complementar sua ingestão de nutrientes, principalmente em ambientes pobres em nutrientes. Essas plantas secretam fluidos digestivos que contêm várias enzimas, que decompõem a presa em compostos mais simples. Embora estudos anteriores tenham se concentrado em outras enzimas presentes nos fluidos digestivos dessas plantas, poucas pesquisas foram realizadas sobre nucleases – enzimas que ajudam a quebrar ácidos nucléicos como DNA e RNA.
Neste estudo, Yu e seus colegas se concentraram na enzima DAN1, uma nuclease do tipo S1, encontrada no fluido digestivo de sundew adelae. Eles visaram entender sua expressão gênica, características estruturais, funcionais e evolutivas, bem como seu papel no órgão armadilha exclusivo da planta e na regulação epigenética associada. A regulação epigenética refere-se a mudanças na atividade gênica que não envolvem alterações na sequência de DNA subjacente, mas ainda podem ser transmitidas por gerações.
A equipe usou PCR em tempo real para examinar a expressão específica do órgão do Dan1 gene na drosera com folhas de lança, incluindo os tentáculos glandulares, lâminas, raízes e inflorescências. Esta técnica permite a detecção e quantificação de sequências específicas de DNA. Eles também investigaram o estado de metilação do Dan1 promotor – uma região do DNA que controla a atividade do gene – por sequenciamento de bissulfito, que revela a extensão da metilação do DNA em uma determinada sequência.
Os resultados mostraram que Dan1 é expressa exclusivamente nos tentáculos glandulares, e seu promotor é quase totalmente não metilado em todos os órgãos. Esta descoberta contrasta com o gene S-like RNase da-eu of sundew adelae, que tem expressão órgão-específica semelhante, mas é controlada por um promotor que é especificamente não metilado nos tentáculos glandulares. Isso sugere que os dois genes são regulados de forma diferente.
Além de analisar a expressão e regulação gênica, os pesquisadores também estudaram as características estruturais do DAN1 comparando as estruturas primárias de nucleases do tipo S1 de três plantas carnívoras e sete não carnívoras. Esta comparação revelou sete posições de aminoácidos conservadas apenas entre plantas carnívoras e três conservadas apenas entre plantas não carnívoras. Esta descoberta indica que a evolução moldou a estrutura de DAN1 para servir a funções específicas no fluido digestivo de plantas carnívoras.
O DAN1 foi preparado usando um sistema de síntese de proteínas sem células para entender melhor a função da enzima. Os pesquisadores então testaram os requisitos da enzima para íons metálicos, pH e temperatura ideais e preferência de substrato. Eles descobriram que o DAN1 prefere o RNA ao DNA como substrato na presença de íons Zn2+, Mn2+ ou Ca2+ e funciona melhor em um pH de 4.0.
Com base nessas descobertas, os pesquisadores concluíram que a função primária de DAN1 em sundew adelae é facilitar a absorção de fosfatos da presa. Esta função difere significativamente dos papéis conhecidos das nucleases do tipo S1 em outras plantas. Em seu artigo, Yu e seus colegas escrevem:
As nucleases do tipo S1 vegetal têm papéis em muitos processos biológicos, incluindo a degeneração do endosperma.Brown e Ho, 1986), diferenciação do elemento traqueal (Ito e Fukuda, 2002), senescência foliar (Pérez-Amador et al., 2000) e resposta à infecção viróide (Matousek et al., 2007, 2008). Além da resposta à infecção viróide, esses fenômenos acompanham a morte celular programada (PCD) (sugiyama et al., 2000). No entanto, estudos de enzimas digestivas de plantas carnívoras, incluindo o presente estudo, sugerem que nucleases do tipo S1 também são usadas para digerir ácidos nucléicos da presa, o que não está associado à PCD. Além disso, dado que Dra. Adelae DA-I é uma RNase semelhante a S que está presente em abundância no fluido digestivo, e DAN1 parece preferir ssRNA a ssDNA como substrato…, Dra. Adelae podem obter fosfatos principalmente do RNA. Esta pode ser uma característica comum das plantas carnívoras porque as RNases do tipo S são amplamente encontradas nos fluidos digestivos dessas plantas…
Yu et al. 2023.
LEIA O ARTIGO
Yu, M., Arai, N., Ochiai, T. e Ohyama, T. (2023) “Expressão e função de uma nuclease do tipo S1 no fluido digestivo de uma drosera, sundew adelae" Annals of Botany, 131(2), pp. 335–346. Disponível em: https://doi.org/10.1093/aob/mcac150
Imagem de capa: sundew adelae / Matriz de incidência / Flickr.
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