Arabidopsis thaliana é o rato de laboratório das ciências vegetais. Mutantes ajustados em certos genes podem mostrar os efeitos dos hormônios nas plantas, mas pode ser difícil mudar uma resposta sem mudar algumas outras.
Como funcionam as plantas? Um método comum para descobrir o que as várias coisas dentro de uma planta fazem é obter um mutante e testá-lo contra uma planta conhecida para ver quais são os efeitos do mutante. Arabidopsis thaliana é a planta ideal para esse tipo de trabalho. Tem um genoma pequeno e bem conhecido. Ele também tem um grande número de pessoas trabalhando nele, então é possível comparar os resultados.

Tetiana Kalachova, Martin Janda e colegas têm trabalhado com um determinado mutante de Arabidopsis, pi4kβ1β2. Este mutante acumula ácido salicílico, um componente chave do analgésico aspirina. As plantas não têm dores de cabeça, mas ficam estressadas, e o ácido salicílico é um hormônio essencial para aliviar o estresse. A equipe já descobriu que o pi4kβ1β2 mutante apresenta crescimento atrofiado, deposição de metabólitos secundários nas folhas, como resistência a diversos patógenos. Mas descobrir exatamente o que o pi4kβ1β2 mutação está fazendo é um desafio, como o autor Prof Ruelland explicou. “Se olharmos diretamente para o mutante, provavelmente veremos o efeito do alto acúmulo de SA. O efeito das mutações não dependentes do alto SA pode ser mascarado.”

Separando o que a mutação está fazendo, os autores puderam observar alguns outros efeitos das mudanças. O professor Ruelland disse: “estamos interessados ​​em entender as funções da fosfatidilinositol 4-quinase beta1 e 2. Elas são enzimas envolvidas na síntese de fosfoinositídeos. Eles estão envolvidos em processos como tráfico, sinalização, etc. É importante poder identificar os processos controlados por essas enzimas.”

Para descobrir o que pi4kβ1β2 fez sem ácido salicílico, os autores cruzaram um pi4kβ1β2 mutante com um sid2 mutante. sid2 é uma planta útil porque é pobre na produção de ácido salicílico. Portanto, a descendência dessas duas plantas deve ter os efeitos de pi4kβ1β2 exceto pelos benefícios de um maior teor de ácido salicílico. Essa preparação, segundo o Prof. Ruelland, exigiu meses de trabalho para que as plantas iniciassem o estudo. “A criação de múltiplos mutantes (portadores de várias mutações simultaneamente) é um processo de várias etapas. O ciclo de vida da Arabidopsis é bastante curto, portanto, todo o “processo de criação” de um mutante triplo requer de 3 a 4 gerações completas ou de 6 a 8 meses (se tudo correr bem). Inicialmente, é preciso fecundar um dos mutantes de interesse com o pólen de outro. É um trabalho delicado, mas viável após algum treinamento. Em seguida, observa-se o crescimento de uma síliqua híbrida, coletam-se as sementes e as semeiam. Essa é a geração F1. Assim que as plantas F1 desenvolvem folhas, torna-se possível coletá-las para genotipagem. Se o cruzamento for bem-sucedido (ou seja, as plantas F1 são heterozigotas para as mutações de interesse), várias plantas individuais são deixadas para autopolinização, a fim de obter sementes F2. As plantas F2 são então cultivadas e genotipadas, buscando-se agora indivíduos homozigotos.”

“Se as mutações de interesse forem independentes (ou seja, os genes estiverem localizados em cromossomos diferentes, ou no mesmo cromossomo, mas a uma distância razoavelmente grande para permitir a herança independente), a probabilidade de obter plantas homozigotas na geração F2 para cada mutação será de 1/4. Devido à genética mendeliana, para um mutante duplo, essa probabilidade será de 1/16 e, para um mutante triplo, de 1/64. Cada mutação adicional multiplica as combinações possíveis de alelos e, portanto, torna o processo de segregação mais longo. O processo se torna mais complexo se uma mutação (ou sua coincidência) afetar fortemente o crescimento ou a fertilidade.”

Os autores testaram as respostas das plantas aos patógenos e as compararam com as plantas progenitoras e a arabidopsis de tipo selvagem. Os resultados mostram a importância do ácido salicílico no gerenciamento de defesas contra infecções por meio de interação com outros hormônios vegetais. Um dos resultados intrigantes foi que “tanto o acúmulo de calose quanto a penetração de fungos foram aumentados no mutante duplo pi4kβ1β2 em comparação com as plantas de tipo selvagem”. Esse resultado pode parecer estranho, já que calose é uma defesa que a planta usa para combater infecções fúngicas, então como ambas as medições aumentaram? O professor Ruelland diz que se trata de observar como o calose funciona na planta.

“A calose geralmente é depositada na parede celular durante a infecção ou dano. No entanto, seu papel ainda é discutido. Pode ser uma barreira física, mas também sinalizar para as células vizinhas. No caso da penetração do fungo, formando as papilas e depois as hifas vão fazendo invaginações nas células vegetais, e esse “local de contato” é reforçado pela calose. Além disso, a calose é armazenada em torno das células não atacadas, aquelas que reconhecem a presença de fungos por marcadores químicos”.

"Em ambos sid2pi4kβ1β2 e pi4kβ1β2 mutantes, a deposição de calose é geralmente desregulada: eles superproduzem calose em resposta à estimulação. No entanto, isso não foi suficiente para impedir a penetração do patógeno. Outra explicação pode ser que mais calosidade em mutantes é apenas um marcador de maior sucesso do patógeno. A razão pela qual a ausência de PI4K tornou as plantas suscetíveis a fungos não hospedeiros ainda é desconhecida”.
O papel do ácido salicílico é um tópico que recompensará um estudo mais aprofundado, como disse o professor Ruelland. “Hormônios importantes, como derivados do ácido abscísico e conjugados de auxina, são controlados pelo alto SA. Gostaríamos de saber mais sobre como o SA controla os níveis desses hormônios”.

A pesquisa terá valor prático fora do laboratório para criadores de plantas. O professor Ruelland disse: “Geralmente, pretendemos entender como funciona o sistema imunológico das plantas, para criar ainda mais variedades de culturas resistentes. De fato, manipulações com características de produtividade muitas vezes comprometem a defesa e podem até tornar as plantas suscetíveis a patógenos incomuns. Acreditamos que a maquinaria de sinalização fosfolipídica é um alvo para modificação para melhorar a imunidade basal da planta e proteger contra patógenos de evolução rápida”.