A new study reveals how uranium poisons plants – findings that could help efforts to clean up uranium-polluted soil using plants. The research by Xi Chen and colleagues, published in Environmental and Experimental Botany, found uranium messes with nitrogen metabolism and protein folding in plant cells, shedding light on why the heavy metal stunts plant growth. Understanding these toxic effects can help identify plants that tolerate uranium better for “phytoremediation” – using plants as living sponges to soak up and remove pollutants from contaminated soil and water.
Os pesquisadores examinaram os efeitos do urânio em rabanetes e favas. Eles descobriram que a exposição ao urânio teve efeitos mais severos no crescimento de plantas de feijão em comparação com rabanete plantas, indicando rabanete tem uma maior tolerância ao metal pesado. Um dos motivos foi a forma como as plantas lidavam com o nitrogênio.
Os pesquisadores descobriram que o urânio aumentou a absorção de nitrogênio no rabanete, aumentando a atividade de uma enzima chave chamada nitrato redutase, que ajuda as plantas a processar o nitrogênio. Mas na fava, o urânio prejudicou o processamento do nitrogênio ao deprimir a atividade da nitrato redutase e outra enzima relacionada ao nitrogênio chamada glutamina sintetase.
O urânio também causou estresse para uma célula vegetal importante estrutura chamada retículo endoplasmático, que está envolvida na produção de proteínas em ambas as plantas. O retículo endoplasmático é responsável por dobrar e processar as proteínas para que tenham a forma e a função adequadas. O urânio causou o dobramento incorreto das proteínas no retículo endoplasmático, acionando os sistemas de controle de qualidade das células vegetais que tentam redobrar ou descartar as proteínas defeituosas. No entanto, rabanete as plantas poderiam lidar de forma mais eficaz com o dobramento incorreto de proteínas induzidas por urânio, aumentando os sistemas que identificam e destroem proteínas malformadas.
O urânio é um metal pesado que pode contaminar o solo e as águas subterrâneas em torno de minas e instalações nucleares. No entanto plantas não precisam urânio crescer, algumas espécies podem absorver e acumular urânio de locais contaminados através de suas raízes. Isso levou ao interesse em usar plantas para limpar áreas poluídas por urânio por meio de um processo chamado fitorremediação. No entanto, o urânio é tóxico para a maioria das plantas, prejudicando seu crescimento e frustrando os esforços de limpeza. Ao compreender os efeitos tóxicos do urânio nas plantas, os cientistas esperam identificar e desenvolver substâncias tolerantes ao urânio. espécies de plantas para melhorar a fitorremediação.
Para descobrir os efeitos tóxicos do urânio, os pesquisadores cultivaram rabanete e fava plantas hidroponicamente em soluções nutritivas. Depois de permitir que as plantas estabeleçam o crescimento por 10 dias, eles as expuseram a uma concentração de urânio de 25 micromoles por litro por 3 dias.
Os experimentos revelaram urânio acumulado a níveis mais elevados em rabanete raízes, mas inibiu o crescimento mais severamente em favas em termos de menor biomassa e escurecimento das raízes. Analisando o conteúdo de nitrogênio, a equipe descobriu que o urânio aumentou os níveis de compostos de nitrogênio assimilados em rabanetes, mas diminuiu em favas. Igualando esse padrão, a atividade da enzima chave do metabolismo do nitrogênio, nitrato redutase, aumentou quase 3 vezes em rabanetes tratados com urânio, mas diminuiu mais de 25% em favas.
Olhando dentro das células vegetais, os pesquisadores descobriram que o urânio causava o dobramento incorreto de proteínas no retículo endoplasmático, uma organela envolvida no processamento de proteínas. No entanto, plantas de rabanete poderiam lidar de forma mais eficaz com essas proteínas malformadas ativando sistemas de eliminação de proteínas – vinte e sete genes relacionados foram regulados positivamente em rabanetes, com dez genes regulados negativamente. Em comparação, apenas nove genes foram regulados positivamente em favas, enquanto doze foram regulados negativamente. Este controle de qualidade de proteína superior no rabanete provavelmente permite que ele lide com o estresse de urânio melhor do que as favas.
Os resultados de Chen e seus colegas mostraram como o urânio inibe o crescimento das plantas no nível molecular, interferindo na assimilação do nitrogênio e nos processos de produção de proteínas. Essas descobertas abrem caminho para a adaptação ideal fitorremediação plantas capazes de resistir aos impactos tóxicos do urânio. Essas “superplantas” especialmente criadas podem fornecer uma solução de remediação ecológica para a limpeza de solos e águas subterrâneas poluídos por urânio.
LEIA O ARTIGO
Chen, X., Dang, Y.-X., Li, Q.-L., Li, W., Xie, M.-T., Wang, M.-X., Tao, M.-F., Zhao, S.-S., Lai, J.-L. e Wu, G. (2023) “Uranium affects nitrogen metabolism and endoplasmic reticulum protein homeostasis in plants" Environmental and Experimental Botany, 213(105444), p. 105444. Disponível em: https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2023.105444.
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