A criação de velocidade é uma nova tecnologia agrícola que pode criar colheitas melhoradas duas vezes mais rápido como reprodução convencional. Este método reduz o tempo de geração de reprodução, enganando o rígido relógio circadiano da planta, manipulando a duração da luz e a temperatura.

Embora o método de criação de velocidade tenha sido conduzido principalmente sob luzes LED brancas, estudos anteriores demonstraram que a exposição a diferentes qualidades de luz também pode promover o crescimento e o desenvolvimento das plantas. No entanto, a qualidade de luz ideal e o fotoperíodo associado são desconhecidos devido a interações complexas entre vários fotorreceptores e proteínas que controlam o crescimento da planta.

Em um artigo recentemente publicado em in silico Plants, Dr. Mathias Foo, professor assistente na Escola de Engenharia da Universidade de Warwick e associados usou modelagem computacional de plantas para entender os efeitos de qualidades e fotoperíodo no crescimento da planta.

As plantas sentem e respondem à luz usando receptores, fitocromos e criptocromos, que regulam os componentes internos do relógio circadiano. O relógio gera ritmos biológicos e os exporta para genes regulados a jusante para coordenar eventos de desenvolvimento ao longo da vida da planta.

Os autores usaram a modelagem para identificar os mecanismos moleculares do relógio circadiano que são sensíveis a diferentes qualidades de luz e afetam o crescimento das plantas. Primeiro, eles criaram um novo modelo incorporando um função de qualidade de luz com um simples modelo de relógio circadiano de planta.

O modelo do relógio circadiano tem quatro grupos de genes com múltiplos loops interligados e entradas de luz, permitindo responder a uma ampla gama de tratamentos de duração de luz/escuridão. O modelo incluiu uma variável responsiva à luz chamada proteína P como um substituto para os fitocromos que afetam o relógio circadiano. A proteína P é independente da cor clara. Para estudar o impacto das luzes vermelha e azul, os autores substituíram a proteína P por uma função de qualidade de luz composta por três fotorreceptores, fitocromo A, fitocromo B e criptocromo 1, que são sensíveis à luz vermelha e azul, respectivamente.

Este estudo enfocou o crescimento do hipocótilo. O hipocótilo é o caule da muda localizado acima da raiz e abaixo das folhas da semente. O hipocótilo é a principal parte de crescimento de uma muda de planta, por isso serve como um proxy relevante para relacionar as qualidades de luz ao crescimento da planta.

Os autores incluíram um outro elemento em seu modelo. Um dos processos de desenvolvimento controlados por luz mais bem caracterizados é a fotomorfogênese de mudas (na luz) e a escotomorfogênese (no escuro). A fotomorfogênese é caracterizada pela inibição do hipocótilo e alongamento do caule, cotilédones abertos, diferenciação do cloroplasto e acúmulo de clorofila e expansão foliar. Por outro lado, a escotomorfogênese é caracterizada por longos hipocótilos e hastes alongadas, cotilédones fechados com ganchos apicais, folhas não expandidas e plastídios e cloroplastos indiferenciados. A mudança de escotomorfogênese para fotomorfogênese é regulada pelo centro de sinalização de luz COP1 (CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENIC1/SUPPRESSOR OF PHYA-105 E3 ligase complex).

Foo explica a importância da inclusão do COP1 em seu modelo:

“Recentemente, descobriu-se que as cascatas de sinalização de fotorreceptores ativados por luz vermelha e azul competem com fatores de transcrição a jusante pela ligação ao COP1. Isso pode levar a um maior alongamento do hipocótilo sob luz vermelha do que azul e vermelha/azul. Portanto, incluímos o COP1 em nosso modelo de investigação da qualidade da luz. Esta é a primeira vez que essa interação foi incluída em um modelo de crescimento vegetal”.

O novo modelo previu que os receptores de luz vermelha e azul, fitocromo e criptocromo, se ligam competitivamente ao COP1 sob condições de luz mista (ou seja, vermelho e azul), resultando em maior alongamento do hipocótilo sob condições de luz vermelha do que sob condições de luz mista. Para validar esses resultados, os autores cultivaram plantas de Arabidopsis sob luz vermelha, azul ou vermelha/azul por três fotoperíodos diferentes por 10 dias e mediram o comprimento do hipocótilo. A previsão simulada foi confirmada com os dados experimentais.

Foo conclui:

“Nosso modelo descobriu que a qualidade e a duração ideais da luz podem acelerar o crescimento das plantas. Este modelo pode ser usado para ajudar os especialistas a focar em certos conjuntos promissores de qualidades de luz e combinações de fotoperíodos, levando a uma redução drástica do tempo e dos recursos experimentais.”

LEIA O ARTIGO:

Miao Lin Pay, Dae Wook Kim, David E Somers, Jae Kyoung Kim, Mathias Foo, Modelagem do relógio circadiano da planta para caracterizar o crescimento do hipocótilo sob diferentes condições de qualidade de luz, in silico Plants, 2022;, diac001, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diac001