O que você pensa quando ouve a palavra hemoglobina? Se você é como eu, então sangue, oxigênio, ferro e exames médicos vêm à mente. No entanto, há muito mais na história das hemoglobinas do que sistemas circulatórios de vertebrados. Hemoglobinas e moléculas semelhantes a elas são encontradas em uma variedade de outros organismos, inclusive em plantas. Um subconjunto das hemoglobinas encontradas nas plantas, conhecido como leg-hemoglobinas, é conhecido por ser essencial para a produção comercial e simbioses ecologicamente importantes formadas por leguminosas com bactérias fixadoras de nitrogênio. Em seu recente artigo em Annals of Botany, Du, Gao e colegas da Fujian Agriculture and Forestry University na China investigar a presença e expressão de genes de hemoglobina em soja. Os dados que eles apresentam destacam uma das maneiras pelas quais a soja provavelmente maximiza a eficiência das simbioses de fixação de nitrogênio que ela forma e como essa interação pode ser ajudada a funcionar melhor no campo.

Leg-hemoglobinas são produzidas nos nódulos de fixação de nitrogênio de plantas leguminosas. Eles funcionam para fornecer pequenas quantidades de oxigênio para as bactérias fixadoras de nitrogênio nesses nódulos. Este processo é rigidamente controlado, pois muito oxigênio inibe a fixação adequada de nitrogênio. Essas leg-hemoglobinas conferem aos nódulos de fixação de nitrogênio de muitas espécies de leguminosas uma leve cor rosa-avermelhada. No entanto, em nódulos antigos, leg-hemoglobinas verdes também são produzidas e estão associadas à senescência (morte) do nódulo. Essas leg-hemoglobinas verdes podem ser um produto de decomposição das leg-hemoglobinas vermelhas.

Para entender o ciclo de vida dos nódulos de soja, Du, Gao e colegas monitoraram várias propriedades dos nódulos à medida que se desenvolviam. Concomitantemente com outros resultados, eles descobriram que a pigmentação vermelha nos nódulos atingiu o pico ao lado do alto crescimento do nódulo. A atividade de fixação de nitrogênio também atingiu o pico juntamente com a pigmentação vermelha e o crescimento de nódulos em torno de 30 dias após a inoculação. A atividade de fixação de nitrogênio do nódulo diminuiu subsequentemente e foi acompanhada pela produção de leghemoglobina verde. A senescência do nódulo está associada tanto ao envelhecimento do nódulo quanto à alta disponibilidade de fontes externas de nitrogênio. Os autores confirmam isso para nódulos de soja e descobrem que em nódulos de alta disponibilidade de nitrogênio produzem grandes quantidades de leghemoglobina verde e têm baixos níveis de fixação de nitrogênio.

Para entender mais sobre como a soja pode ajustar a aquisição de nitrogênio em diferentes disponibilidades externas de nitrogênio, Du, Gao e colegas identificam sete hemoglobinas codificadas no genoma da soja. Cinco deles têm as características de leghemoglobinas. Os autores descobriram que quatro desses genes são altamente expressos em nódulos, consistentes com os papéis no suporte à fixação adequada de nitrogênio. A expressão desses quatro genes atingiu o pico, ou alguns dias antes, no ponto de fixação máxima de nitrogênio em condições de baixa disponibilidade externa de nitrogênio. Em condições de alta disponibilidade externa de nitrogênio, por outro lado, a expressão de todos os quatro genes foi muito reduzida.

Como a leguminosa mais comumente cultivada, a soja é de grande importância quando se considera como podemos otimizar a aquisição de nitrogênio no campo pelas leguminosas. Quando a disponibilidade externa de nitrogênio é baixa, a soja e outras leguminosas usam interações simbióticas com bactérias fixadoras de nitrogênio para obter nitrogênio utilizável. Em contraste, quando a disponibilidade externa de nitrogênio é alta, a iniciação de novos nódulos é reduzida, a expressão de leghemoglobinas é reduzida e os nódulos existentes entram em senescência. Em outras palavras, as leguminosas não precisam se preocupar em entrar ou manter simbioses para obter nitrogênio utilizável quando, de outra forma, está em alta disponibilidade. Como Du, Gao e colegas mostram, a soja é capaz de responder dinamicamente a isso após uma transição repentina para alta disponibilidade de nitrogênio, com seus nódulos radiculares entrando em senescência. Du, Gao e colegas identificam genes de leghaemoglobina na soja com padrões de expressão e respostas consistentes com papéis no suporte à fixação de nitrogênio durante baixa disponibilidade externa de nitrogênio, e que esses genes são regulados negativamente durante alta disponibilidade externa de nitrogênio.

Este estudo fornece uma base para aprofundar nossa compreensão molecular de como a fixação de nitrogênio é otimizada e mantida dinamicamente na cultura de leguminosas indiscutivelmente mais importante. Ele também destaca a interessante questão pendente de quais outras funções as hemoglobinas vegetais têm além de apoiar simbioses de fixação de nitrogênio. Du, Gao e colegas identificam supostamente dois deles na soja e outros trabalhos ligaram essas proteínas às respostas das plantas ao estresse. Parece que há muito mais nas hemoglobinas do que apenas sangue.