O que impulsiona o desenvolvimento do câmbio?

O crescimento primário surge da divisão celular nas pontas dos caules e raízes, fazendo com que se alongem. A região da divisão celular primária é chamada de meristema apical. Três tipos de meristemas primários surgem do meristema apical: o protoderma, o meristema fundamental e o procâmbio. O procâmbio dá origem ao tecido vascular (xilema e floema primários) e ao câmbio.

O crescimento secundário é caracterizado por um aumento na espessura da planta. É causada pela divisão celular no câmbio. À medida que as células do câmbio se dividem, elas se diferenciam em floema secundário para fora ou xilema secundário para dentro do caule ou raiz.

Estudos apontam para um importante fator de transcrição, MONOPTEROS (MP), no papel do desenvolvimento do câmbio. Curiosamente, existem dois papéis contraditórios para o MP:

• Promotor: Durante a transição do crescimento primário para o secundário, o MP ativa a expressão de PXY. Então PXY interage com TDIF, formando um complexo (TDIF-PXY) que promove divisões celulares cambiais iniciais.
• Repressor: Quando o crescimento secundário é estabelecido, MP reprime a divisão celular cambial.

A estudante de doutorado Kristine Bagdassarian (Durham University), sob a supervisão da Dra. Natasha Savage (Universidade de Liverpool), levantou a hipótese de que o papel aparentemente contraditório do MP pode ser integrado na mesma rede como um ciclo de feedback negativo. Juntamente com outros colegas em Durham, a equipe apresenta seu trabalho na revista in silico Plantas.

“Embora as evidências da função do MP tenham sido feitas em diferentes estágios da vida da planta, parecia improvável para nós que a rede subjacente fosse tão diferente, já que a organização do tecido nesses estágios é tão semelhante. Consequentemente, testamos o que aconteceria se ambas as funções atribuídas ao MP estivessem presentes em um loop de feedback negativo”, explica Savage.

Os autores desenvolveram um modelo matemático para verificar a hipótese de feedback negativo do MP. O modelo continha componentes que impactam a padronização do tecido vascular: hormônios reguladores chave para o crescimento e desenvolvimento da planta (citocinina e auxina), as proteínas responsáveis ​​pelo transporte de auxina, MP, PXY e TDIF.

O modelo foi executado com e sem o loop de feedback negativo proposto. As concentrações simuladas de auxinas e citocininas foram comparadas com as concentrações observadas no xilema, câmbio e floema. Eles esperavam encontrar a citocinina mais alta no floema e mais baixa no xilema, e a auxina mais alta no câmbio.

Eles descobriram que incluir o loop de feedback negativo no modelo aumentou a capacidade do modelo de reproduzir a maior quantidade relativa de auxina no câmbio. As concentrações relativas de citocinina nos três tecidos não foram afetadas pela inclusão ou exclusão do loop de feedback negativo. 

Os autores então investigaram o papel do loop de feedback negativo do MP em relação à estabilidade inata do MP. Para fazer isso, eles alteraram a taxa de degradação de MP, que é um processo pelo qual a proteína MP é quebrada, resultando em uma concentração reduzida de MP. Eles descobriram que, à medida que a degradação do MP é reduzida e a estabilidade do MP aumenta, o ciclo de feedback negativo torna-se cada vez mais importante para o tecido modelado atingir a maior quantidade relativa de auxina no câmbio.

Esses resultados apoiam a noção de que o ciclo de feedback negativo do MP aumenta a capacidade do sistema de padronizar corretamente.

Os autores concluem, “a divisão celular no câmbio impulsiona a formação de madeira. A madeira é um biomaterial versátil e um sumidouro de carbono. Ao entender essas interações, podemos desenvolver novas estratégias para manipular a formação de madeira para aumentar a produtividade florestal e a captura de carbono”.

LEIA O ARTIGO:

Kristine S Bagdassarian, J Peter Etchells, Natasha S Savage, Um modelo matemático integra interações PXY e MP divergentes no desenvolvimento do câmbio, in silico Plantas, 2023; diad003, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diad003

Disponibilidade de dados

Todas as soluções numéricas apresentadas na seção de resultados e todos os códigos usados ​​para resolver e analisar as soluções numéricas estão disponíveis gratuitamente no GitHub em https://github.com/KristineBagdassarian/