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A filotaxia é o arranjo das folhas ao redor do caule de uma planta. O padrão filotático das plantas de arroz é a filotaxia dística: as folhas são dispostas em duas colunas verticais em lados opostos do caule.
A filotaxia dística pode apresentar diferentes arranjos tridimensionais: o arroz cultivado possui folhas opostas que crescem em duas colunas verticais, formando um leque vertical. Espécies silvestres aparentadas ao arroz cultivado possuem folhas opostas que crescem alternadamente, formando um formato radial que se expande horizontalmente.
Uma compreensão dos mecanismos que controlam a arquitetura da planta de arroz não só nos permitirá entender a adaptação das plantas aos ambientes circundantes, mas também facilitar o melhoramento de variedades de arroz com maior potencial de rendimento.
Yoshiki Tokuyama, aluno de pós-graduação do Plant Breeding Laboratory da Hokkaido University, e colegas no Japão, realizaram um projeto de pesquisa para descobrir os mecanismos dos padrões radiais das folhas do arroz. Para fazer isso, eles compararam os padrões de crescimento do arroz selvagem e cultivado com diferentes formas de planta.
Os autores implantaram vários métodos para comparar essas linhas:
- fenotipagem detalhada do curso do tempo - os ângulos de elevação e azimute dos colmos foram medidos manualmente a cada 1-2 dias,
- tomografia microcomputadorizada tridimensional (micro-CT) – uma técnica de imagem 3D que utiliza raios-X para ver dentro de um objeto, fatia por fatia,
- e modelagem computacional para analisar os mecanismos de desenvolvimento em nível de órgão.
A partir dos dados de fenotipagem e micro-TC, os autores puderam determinar que mudanças no ângulo de elevação no colmo principal e no ângulo de azimute nos perfilhos primários (um perfilho é um ramo que surge da base da planta) contribuem para a forma radial desenvolvimento.
Os autores usaram modelagem computacional para entender a mecânica que produz o movimento principal do colmo e do perfilho e a subsequente forma radial no arroz selvagem. Segundo Tokuyama, “a simulação computacional nos permite encontrar fatores suficientes para explicar os movimentos do colmo e manipulá-los de forma independente”. Os movimentos foram simulados como controlados por três fatores cinemáticos: descida controlando a diminuição da elevação do colmo principal, propagação controlar o movimento dos perfilhos primários, e subida controlando o aumento da elevação do colmo principal e dos perfilhos primários.
Os modelos computacionais previram que uma combinação de movimentos, incluindo o controlado por (subida) gravitropismo negativo, produz a forma radial geral. Gravitropismo é o processo pelo qual as plantas podem sentir a atração gravitacional e ajustar a direção de crescimento de seus órgãos de acordo.
“Nós levantamos a hipótese de que um dos fatores que controlam o movimento ascendente no modelo é o gravitropismo negativo. No entanto, o gravitropismo negativo nunca foi analisado em arroz selvagem”, explica Tokuyama.
Os autores avaliaram experimentalmente como o gravitropismo negativo afeta a forma radial da planta de duas maneiras. Eles cultivaram uma variedade selvagem com vasos inclinados a 45° para determinar se a direção alterada da gravidade afetava a mecânica do perfilho e do crescimento do colmo. Nenhuma das quatro plantas cultivadas a 45° tinha forma de planta radial. Quando crescidos a 90°, os nós próximos à base reagiram ao estímulo da gravidade e aumentaram o tamanho de sua face inferior fazendo com que crescessem para cima, confirmando o gravitropismo negativo na linhagem de arroz selvagem. Este artigo demonstra que um modelo cinemático pode explicar os mecanismos de como a forma em plantas de filotaxia dística muda como parte de sua adaptação ao ambiente circundante.
