A cutícula é a primeira linha de blindagem de uma folha contra o meio ambiente. Isabel Molina e colegas foram examinando de perto a cutícula de plantas adultas de milho. “Nosso grupo se concentra em entender como as plantas produzem barreiras lipídicas protetoras que se depositam na interface com o meio ambiente”, disse Molina. “Essas barreiras são a cutícula dos brotos e a suberina (ou cortiça) da casca das árvores, raízes e casca da batata. A equipe realizou grande parte de seu trabalho anterior na planta modelo bem caracterizada Arabidopsis thaliana – uma planta da família da mostarda. Embora a arabidopsis não seja uma planta cultivada, ela é muito útil no estudo de muitas áreas da biologia vegetal. Muitos Arabidopsis existem mutantes que oferecem oportunidades para atribuir funções a produtos gênicos – enzimas e proteínas (fatores de transcrição) envolvidos nas vias que levam à biogênese da cutícula. A oportunidade de aplicar a expertise técnica e o conhecimento científico do grupo a uma importante cultura vegetal como o milho foi, claro, muito atraente. Sabíamos que poderíamos dar uma contribuição valiosa.”

A cutícula é uma parte importante da planta, disse Molina. “Todas as plantas e animais devem ser protegidos por barreiras que os defendam do meio ambiente. Assim como a pele dos animais, a cutícula é uma camada cerosa que cobre a parte aérea das plantas, onde fornece proteção contra ataques de insetos e patógenos microbianos, temperaturas extremas, radiação ultravioleta e desidratação. Mas talvez o papel mais importante da cutícula seja impedir a perda de água da planta, evitando a desidratação. A cutícula é formada pela camada mais externa das células, a epiderme, e composta de cutina, um complexo lipídico produzido pela ligação de muitos ácidos graxos em um polímero forte, e ceras. Além de outros componentes menores, a cera é composta em grande parte por vários tipos de compostos contendo longas cadeias de hidrocarbonetos.”

Normalmente, você pode começar olhando para as folhas das mudas, mas, em vez disso, Molina e seus colegas examinaram a planta adulta. Examinar as plantas adultas era importante, especialmente porque muitas outras pessoas haviam trabalhado com plantas jovens. Molina disse que as folhas juvenis contrastavam notavelmente com as folhas adultas. “As folhas juvenis totalmente desenvolvidas, as primeiras 6 a 8 folhas produzidas pela planta, exibem uma composição de cutícula muito diferente das folhas adultas na maturidade. Por exemplo, as folhas juvenis têm um revestimento denso de cristais de cera que está ausente nas folhas adultas. Além disso, ceras de folhas juvenis maduras são dominadas por álcoois e aldeídos de cadeia muito longa, com menores proporções de alcanos e ésteres. A maioria das folhas juvenis é geralmente degradada e caída da planta durante o desenvolvimento da flor e da semente, quando o estresse hídrico é mais prejudicial ao rendimento de grãos. Agronomicamente, esta é, sem dúvida, uma fase mais importante do ciclo de vida da planta, pelo que também é imperativo investigar a fundo a composição/estrutura/função da cutícula nas folhas adultas e o seu papel na tolerância à seca.”

A folha escolhida pela equipe para estudo foi a folha 8, a primeira folha adulta. Essa folha, como observaram em seu artigo, cresce a partir da base, portanto, há um gradiente de desenvolvimento nas células ao longo da folha. A barreira de água se desenvolve quando as células da folha param de se expandir, então também há um gradiente no desenvolvimento da cutícula ao longo da folha. Isso não foi uma surpresa, disse Molina, mas havia algo inesperado nos resultados. “Em termos de composição química, sim, esperávamos grandes diferenças entre as regiões inferiores e em expansão da folha em comparação com as regiões superiores e mais desenvolvidas. Quando se tem a folha em mãos, ou pedaços dela, fica muito óbvio que existem grandes diferenças entre essas regiões. A rigidez e a espessura são muito maiores à medida que se sobe na folha. O brilho da superfície também muda ao longo do comprimento da folha. Mas admitimos que foi surpreendente descobrir que o teor total de cera era tão alto nas seções inferiores da folha – são os tipos de ceras presentes que mudam tão drasticamente à medida que se sobe na folha. Estruturalmente, a espessura da cutícula aumenta apenas cerca de 33% entre 2-4 cm e 10 cm – além disso, permanece constante. Talvez, a rigidez e a espessura da folha estejam mais relacionadas a fatores estruturais que não a cutícula.”

São as diferenças químicas ao longo da folha que são a pista para o que está acontecendo no desenvolvimento, disse Molina. “Juntar a composição química, a estrutura observável e a função de barreira à água da cutícula da folha de milho adulto nos levou a concluir que a cutícula se torna uma eficiente barreira à água ao mesmo tempo em que se observa um aumento na proporção de ésteres de cera e quando o acúmulo do polímero de cutina é significativo. Assim, esses dois componentes parecem ser críticos para a função de barreira à água das cutículas das folhas de milho adulto”.

Embora o trabalho químico seja importante, ele faz parte de um projeto maior que estuda o milho e busca auxiliar os agricultores no combate ao crescente risco de seca. Molina afirmou que ainda há muito trabalho pela frente. “Este artigo descreve apenas parte de um projeto multilaboratorial mais amplo, generosamente financiado pela Fundação Nacional de Ciência (EUA). Em breve, pretendemos expandir os fundamentos estabelecidos por esta publicação. Esperamos publicar um estudo que descreva a expressão gênica especificamente nas células epidérmicas ao longo do gradiente de desenvolvimento descrito neste artigo. Existe um grupo de aproximadamente 500 cultivares, ou linhagens, de milho bem estabelecidas, com grandes diferenças na tolerância à seca (perda de água ao longo do ciclo de crescimento).
a cutícula). Aproveitando a extrema diversidade genética que existe nas muitas linhagens distintas de milho domesticado, identificaremos genes candidatos associados à função da cutícula na proteção de folhas adultas da desidratação”.                

Ao identificar os genes candidatos que são importantes para a função da cutícula, o objetivo é direcionar o melhoramento de plantas para produzir colheitas mais resistentes do que podem lidar com a escassez de água. Uma planta que pode administrar seu suprimento de água com mais eficiência é uma planta que pode fotossintetizar com mais eficiência. Isso significa mais produção no milho e menos danos devido ao estresse hídrico.