Hugh Dickinson em um novo artigo na Ciência que lança mais luz sobre a Alternância das Gerações. Quando uma planta diplóide decide se tornar haploide?
Qualquer pessoa que tenha assistido a uma aula de botânica desde o ensino médio estará familiarizada com a ideia do 'Alternância de Gerações'. Neste círculo botânico da vida, tanto as plantas inferiores (samambaias e musgos) quanto as plantas com flores oscilam entre uma geração haploide (um conjunto de cromossomos) 'gametófito' - grande nas plantas inferiores, reduzida a algumas células nas plantas com flores - e uma geração diplóide (2 conjuntos de cromossomos) geração do 'esporófito' – pequeno nas plantas inferiores, a 'planta principal' nas plantas superiores. A geração gametófita (haploide) – seja ela grande ou pequena – gera as células sexuais (pólen e ovos nas plantas com flores). Estes então se juntam para formar o esporófito diplóide que, por sua vez, produz os gametófitos – multa DCal (como dizem nas partituras).
A mudança de gametófito para esporófito ocorre quando o esperma e o óvulo se aconchegam para formar um zigoto, mas quando ocorre a mudança de esporófito para gametófito não é claro. Os puristas diriam que essa conversão ocorre quando os produtos da meiose (esporos) se dividem para formar pólen ou sacos embrionários em plantas com flores, 'prothalli' em samambaias e os principais corpos vegetais de musgos e hepáticas. Mas e daí meiose – o processo pelo qual a genética morrer é lançado para a geração haploide subsequente que se segue? Certamente as células do esporófito contribuem para a meiose, mas os eventos nucleares espetaculares que ocorrem na linhagem meiótica, durante os quais os genes são trocados entre os cromossomos, de alguma forma não pertencem nem ao esporófito nem ao gametófito e existem em algum tipo de limbo intergeracional.
Seja como for (uma boa palavra para aceitar que os botânicos nunca concordarão sobre algumas coisas), continuamos deprimentemente ignorantes sobre o sistema de comutação que decide quando uma linhagem de células esporofíticas, dividindo-se felizmente por mitose, de repente desenvolve interesse em sexo, 'entra em meiose' e forma o gametófito. A maioria concorda que o controle desse interruptor – que a planta certamente não deseja ativar por engano – provavelmente será bastante complicado e envolverá mais de um sistema de genes – análogo ao sistemas de 'chave dupla' por lançar o Armagedom nuclear (mas com consequências indiscutivelmente menos dramáticas).
Este certamente parece ser o caso. Um grupo internacional de cientistas liderados por Arp Schnittger em Hamburgo e publicado na Science acaba de desvendar o mecanismo de controle para garantir que, na linhagem feminina da planta modelo Arabidopsis, apenas uma célula entra na via meiótica. Mesmo esta etapa simples requer interação entre um total de 3 sistemas de genes (1) o WUSCHEL (WUS) família de genes que regula a proliferação celular em todas as plantas meristemas, (2) O TIPO RETINOBLASTOMA 1 (RBR1) via gênica que gerencia o desligamento do ciclo celular e interrompe a divisão celular no ponto certo e (3) três membros do PROTEÍNA RELACIONADA A KIP (KRP) família de genes que parecem comandar o show e garantir que as coisas ocorram no lugar e na hora certa. Quando esse sistema sai dos trilhos, mais de uma das células meióticas femininas normais (também conhecidas como 'células-mãe do megásporo (MMC)') são formadas; por exemplo, no mutante KRP triplo, 2 dessas células se desenvolvem, e no mutante RBR1 muitos MMCs são formados, todos agrupados no desenvolvimento óvulo – o órgão sexual feminino nas plantas superiores (ver imagens abaixo). Embora esses múltiplos MMCs sofram meiose e se transformem em sacos embrionários que podem atrair tubos polínicos, nenhuma fertilização ocorre, sugerindo que o sistema encalha mais tarde no desenvolvimento.
Isso importa no grande esquema das coisas? Sim, certamente. Uma das principais metas de P&D para a indústria de biotecnologia vegetal é ser capaz de produzir 'apomítico' semente que é geneticamente idêntica à sua planta mãe (não tendo seus genes recombinados pelo 'bandido de um braço' meiótico). Arp Schnittger e seus colegas agora têm em mãos o sistema que controla a entrada no primeiro estágio do desenvolvimento feminino e - se eles puderem ajustá-lo para produzir um mitótico em vez de uma célula meiótica - seu caminho estará aberto para gerar sacos embrionários diploides únicos ou múltiplos. OK, a polinização é normalmente necessária para adicionar um núcleo paterno e 'iniciar' o desenvolvimento da semente, mas existem processos em algumas plantas em que isso pode ser contornado. A união desses sistemas poderia resultar em uma tecnologia que transformaria a indústria de melhoramento de plantas.
Hugh Dickinson é Professor Emérito de Biologia Reprodutiva de Plantas (e presidente do Annals of Botany Company). Sua pesquisa concentra-se na biologia celular, genética e programação epigenética de linhagens de células reprodutivas (células germinativas).
