Quando fica quente, as plantas não podem passear na sombra para esfriar. Em vez disso, eles usam termomorfogênese, eles mudam de forma para melhorar o resfriamento. Martijn van Zanten e seus colegas descobriram como fazer isso, abrindo possibilidades para novas pesquisas. A molécula é chamada HISTONA DEACETILASE 9 (HDA9) e nova pesquisa publicada no PNAS mostra como ele sinaliza outros hormônios para mudar a arquitetura da planta quando fica muito quente. É interessante porque o HDA9 já é conhecido por ter algumas funções na germinação, e também não parece estar ligado a outra molécula chamada PIF4.

O PIF4 (FATOR 4 DE INTERAÇÃO DE FITOCROMO, para dar o nome completo) é um sensor térmico. Ajuda uma planta a saber o quão quente está. O PIF4 está conectado às respostas à luz nas plantas. Portanto, quando você começa a interferir no funcionamento do PIF4, existe o risco de também ter consequências não intencionais na forma como a planta reage à luz e à sombra. O HDA9 responde ao calor sem se conectar ao PIF4. Em temperaturas crescentes, a abundância da enzima aumenta, o que resulta na remoção de modificações epigenéticas das proteínas histonas ligadas ao DNA que têm um efeito inibidor na síntese do conhecido hormônio de crescimento vegetal auxina. Como resultado, os níveis de auxina aumentam e a planta ajusta sua estatura.

“Esse novo mecanismo é cientificamente muito interessante, porque mostra que uma Histona Desacetilase 9 tem um efeito positivo indireto na transcrição, enquanto as Histonas Desacetilases são geralmente aceitas como supressoras desse processo”, disse Van Zanten.

Van Zanten afirmou que o mecanismo de ativação do HDA9 ainda é um mistério. “Não sabemos se o HDA9 é um termossensor direto ou não, apenas mostramos que ele atua independentemente do único termossensor confirmado em plantas: o fitocromo B (e, portanto, faz parte de uma nova via de sinalização térmica). O problema intrínseco dos estudos sobre termossensores é que, em princípio, toda molécula biológica possui capacidade de termossensibilidade por natureza, devido a efeitos termodinâmicos passivos. Isso dificulta muito os estudos sobre eventos termossensoriais diretos/ativos. Além disso, o HDA9 é uma enzima, então os sinais de temperatura são definitivamente mediados passivamente pela proteína ao seu substrato. Assim, a questão é se isso ocorre por meio de uma cinética de temperatura atípica (provavelmente um sensor) ou por meio de uma cinética de temperatura normal (efeitos termodinâmicos passivos) (podendo ou não ser um sensor).”

“Realizamos alguns experimentos sobre a atividade enzimática de HDA9 em diferentes temperaturas, mas isso não revelou um valor incomum de 'cinética Q10', o que significa que a capacidade de resposta da enzima à temperatura é provavelmente explicada por um efeito termodinâmico passivo 'normal'. Isso, no entanto, não exclui a possibilidade de ser um sensor térmico direto, pois a atividade é apenas um aspecto (o dobramento de proteínas também pode ser dependente da temperatura, por exemplo, para dar um exemplo). Por outro lado, observamos que os níveis de proteína HDA9 se estabilizam em altas temperaturas e, dada a natureza da proteína como uma enzima, não é provável que HDA9 medeie sua própria estabilidade. Portanto, isso indicaria que um regulador upstream de HDA9 é necessário e esse regulador pode ser (parte do) evento termossensorial. O HDA9 é propenso à degradação proteassômica, então suspeitamos que um efeito de detecção térmica a montante possa ser um fator na degradação do proteassoma HDA9 sob condições de controle, mas estabiliza o HDA9 em altas temperaturas”.

Esta não é a primeira vez que van Zanten estuda o HDA9. ele tinha antes olhou para o seu papel na germinação. Foram as plantas dessa pesquisa anterior que inesperadamente levaram às novas descobertas, disse van Zanten. “Comecei a testar os mutantes que trouxe do meu antigo instituto e descobri o papel do HDA9 na termomorfogênese de fato por coincidência. Mais tarde, um grupo na Austrália (um dos coautores do meu artigo atual) encontrou um papel para o fator Powerdress (PWR) na sinalização de temperatura e esse fator foi descoberto por outros como interagindo com HDA9, e os dados que coletamos naquele ponto ajustaram-se inteiramente de forma independente. "

“No artigo atual do PNAS, elucidamos os mecanismos subjacentes. Nunca testamos o papel do HDA9 na germinação dependente da temperatura (na verdade, deveríamos ...), mas sabemos que o HDA9 tem um papel no estabelecimento de mudas e no início do programa vegetativo das plantas e no desligamento do programa embrionário após a germinação. Isso corresponde à nossa conclusão atual de que o HDA9 é importante para a detecção térmica no início da vida da planta (mudas). Portanto, existe uma relação espaço/temporal entre o papel do HDA9 na biologia da semente e no estabelecimento de mudas e termomorfogênese que estamos acompanhando atualmente, testando se os genes-alvo HDA9 conhecidos nas sementes também têm um papel na aclimatação à temperatura”.

In sua revisão Nature Plants, van Zanten observa que grande parte do trabalho de temperatura da planta está entre 20-29 °C. Embora esta seja uma janela importante para a agricultura, van Zanten acredita que pode haver mais a descobrir sobre como o HDA9 reage com a fisiologia fora dessa faixa. “Nós apenas testamos o papel do HDA9 na faixa de 'termomorfogênese' (20-29 °C), mas não ficaria surpreso se isso também afetasse as respostas ao estresse por calor ou frio. Observe, no entanto, que consideramos 'termomorfogênese' uma resposta de aclimatação fisiológica ('viver de maneira ideal em condições não ideais'); ou seja, não está envolvida nenhuma sinalização típica de estresse necessária para tolerância (viver ou morrer), como acúmulo de ROS ou mecanismos de proteção celular de indução, que são induzidos em estresse por frio e calor.

“De uma perspectiva mais histórica, os campos de sinalização de frio e de sinalização de calor são comunidades diferentes e, posteriormente, a comunidade de termomorfogênese surgiu no meio, que tem suas raízes na fotobiologia. Agora começamos a perceber que, na verdade, alguns dos principais fatores envolvidos na sinalização de frio também têm um papel na termomorfogênese e, provavelmente, vice-versa, o mesmo é verdadeiro. O problema com os experimentos de temperatura é que cada 'temperatura' estudada requer uma sala de crescimento ajustada a essa temperatura, complicando muito os estudos sobre gradientes de temperatura de maneira controlada. Desenvolvemos agora uma tabela de termogradiente na qual podemos fornecer diferentes temperaturas de 5°C a 40°C ao mesmo tempo, com o objetivo de realmente verificar se a sinalização de temperatura é contínua, envolvendo os mesmos fatores, ou se cada faixa de temperatura depende em 'seu próprio' programa genético. Então, espero poder fornecer uma resposta mais conclusiva daqui a alguns anos.”

Embora as culturas possam ser melhor adaptadas com a termomorfogênese, van Zanten diz que há algumas compensações com o uso da água. Mas também pode haver outros benefícios. “O uso de água aumentará quando as plantas transpirarem mais, então sim, a termomorfogênese normalmente também aumenta o uso de água, e isso nem sempre é desejado. No entanto, em muitos casos, o objetivo aplicado não é alongar as plantas, mas mantê-las compactas (pense em plantas ornamentais). Também podemos aplicar as informações do HDA9 lá. Além disso, se as plantas forem adaptadas de forma ideal a uma determinada temperatura, os benefícios podem residir em menos necessidade de aquecimento ou resfriamento das estufas; economizando energia.”

A principal descoberta é que, como o HDA9 é independente do PIF4, agora é possível separar a resposta à luz e ao calor nas plantas. “Evasão de sombra e termomorfogênese são fenotipicamente semelhantes e a maioria, se não todos, os fatores genéticos atualmente associados à termomorfogênese também têm um papel na evitação de sombra”, disse van Zanten. “Com o HDA9 em mãos, agora podemos separar os caminhos e isso pode ser útil para orientar a resposta à temperatura independente das respostas à luz. Além disso, na revolução verde, a seleção de culturas de campo foi, entre outras características, contra evitar a sombra (para permitir povoamentos densos no campo, com plantas compactas de alto rendimento) e isso também ocorreu às custas da sensibilidade à temperatura. Usando a sinalização HDA9, agora podemos começar a trabalhar para trazer de volta/ajustar a capacidade de resposta à temperatura e à luz de acordo com a necessidade.”

Como resultado, a pesquisa oferece novos alvos para o melhoramento de plantas para melhorar a tolerância climática das culturas. Dado que atualmente cada aumento de temperatura de grau Celsius pode levar a uma perda de até 10% na colheita, isso pode ser uma ajuda importante na alimentação das pessoas no futuro.