As plantas adaptam o seu consumo de água às condições ambientais, contando e calculando os estímulos ambientais com as suas células-guarda. Pesquisadores de plantas de Würzburg relatam isso em ‘Current Biology’.
As plantas controlam o consumo de água por meio de poros ajustáveis (estômatos), que são formados por pares de células-guarda. Eles abrem seus estômatos quando há abastecimento de água e luz suficientes para a fixação de dióxido de carbono por meio da fotossíntese. No escuro e na ausência de água, porém, iniciam o fechamento dos poros.
Os canais aniônicos do tipo SLAC/SLAH nas células-guarda são de importância central para a regulação dos estômatos. Isto foi demonstrado pelo grupo do professor Rainer Hedrich, biofísico da Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg, na Baviera, Alemanha.
Os canais aniônicos são ativados por sinais de cálcio, que por sua vez são causados por estímulos ambientais, como falta de água e nutrientes, salinização do solo ou infestação por patógenos. Esses sinais de cálcio ocorrem de diferentes formas dependendo do estímulo. Os cientistas, portanto, também se referem a eles como assinaturas de cálcio. Uma assinatura que ocorre frequentemente é o chamado transitório de cálcio, um aumento rápido e temporário na concentração de cálcio nas células.
O transitório de cálcio segue a lei do tudo ou nada
Quanta informação está contida em um transitório de cálcio? Para responder a esta questão, a equipa de Hedrich utilizou agora um método optogenético com novos modelos de plantas que foram equipadas com canais de cálcio activados pela luz: impulsos de luz podem ser usados para gerar sinais de cálcio nas células-guarda destas plantas e analisar a resposta celular.
“Ficamos bastante surpresos que pulsos de luz de 0,1, um e dez segundos de duração gerassem transientes de cálcio quase idênticos”, diz Shouguang Huang, o primeiro autor do artigo publicado na revista. Biologia Atual: Nas células guarda, a concentração de cálcio aumentou durante 30 segundos após os estímulos luminosos, apenas para diminuir novamente após mais 30 segundos.
“Nós levantamos a hipótese de que esse fenômeno de tudo ou nada ocorre porque a quantidade de cálcio que flui do exterior libera mais cálcio das reservas dentro da célula, o que amplifica o sinal de maneira ideal”, explica Rainer Hedrich. Os cientistas das plantas de Würzburg estavam certos: quando inibiram o armazenamento de cálcio no retículo endoplasmático da célula, o transitório de cálcio e a reação subsequente não se materializaram.
A corrente de ânion segue o sinal de cálcio com um atraso de tempo
“Ficamos surpresos pela segunda vez quando, além do sinal de cálcio, também observamos a reação subsequente nas células-guarda, o inchaço da corrente de ânions”, explica Shouguang Huang. Tal como acontece com os transientes de cálcio, pulsos de luz de diferentes comprimentos desencadearam correntes de ânions de forma e força semelhantes. As correntes seguiram o sinal de cálcio com um atraso: elas só aumentaram depois que a concentração de cálcio no citosol excedeu um limite.
Depois que o transiente de cálcio cessou, entretanto, a corrente de ânion ainda pôde ser medida por mais 30 segundos. Este atraso do sinal elétrico está relacionado com a biologia das enzimas que processam o sinal de cálcio e ativam ou desativam os canais aniônicos de acordo, explica Rainer Hedrich. Isso deixou claro que o influxo de cálcio que dura 0,1 segundo é amplificado na célula de tal forma que uma reação subsequente que dura mais de cem vezes mais é desencadeada.
As células de guarda podem contar até seis
Quantos transientes de cálcio são necessários para as plantas fecharem seus estômatos? Para responder a esta pergunta, a equipe de pesquisa expôs as células-guarda a um pulso de luz de 0,1 segundo a cada meio minuto e observou os estômatos. Após o primeiro pulso, a largura dos poros diminuiu 10%, após três estímulos 30%, após seis estímulos 80% e após 12 ou mais estímulos 100%.
“Isso nos diz que as células-guarda podem resolver seis transientes consecutivos de cálcio e convertê-los em movimento estomático. As células de guarda podem, portanto, contar até seis”, diz Rainer Hedrich. “Quando duplicámos a frequência de estimulação, o encerramento do estoma não foi acelerado. Quando reduzimos pela metade, o movimento do estoma foi retardado.
Continuando e continuando – as próximas questões de pesquisa
Como essa pesquisa continuará? “No momento, procuramos a etapa da cadeia estímulo-resposta que depende da frequência do transiente de cálcio e determina a velocidade. Também estamos interessados em como as células-guarda decodificam os sinais de cálcio e os convertem em uma ativação de seus canais aniônicos mediada por enzimas, dependente do número”, diz o biofísico da JMU. Além disso, a questão de por quanto tempo as células-guarda lembram os respectivos sinais de cálcio deve ser esclarecida.
Publicação
As células guarda contam o número de Ca citosólico unitário2+ sinais para regular a dinâmica estomática. Shouguang Huang, M. Rob G. Roelfsema, Matthew Gilliham, Alistair M. Hetherington, Rainer Hedrich. Biologia Atual, 21 de outubro de 2024, https://doi.org/10.1016/j.cub.2024.07.086