Planta do Vale da Morte revela plano para culturas resistentes ao calor

No Vale da Morte, Califórnia, onde as temperaturas de verão regularmente ultrapassam 49°C, a vida parece quase impossível. Ainda assim, entre a terra rachada e a luz ofuscante, uma planta nativa não apenas sobrevive — ela prospera.

Essa planta, Tidestromia oblongifolia, ajudou cientistas da Universidade Estadual de Michigan (MSU) a descobrir como a vida pode florescer sob calor extremo, revelando um possível plano para o desenvolvimento de culturas capazes de se adaptar ao nosso clima que está em mudança.

Em um novo artigo publicado no periódico Current Biology, a Professora da Fundação de Pesquisa da MSU, Seung Yon “Sue” Rhee, e a Especialista em Pesquisa, Karine Prado, relatam que a Tidestromia oblongifolia cresce mais rápido nas condições de verão do Vale da Morte ao ajustar rapidamente seu sistema de fotossíntese para suportar o calor.

Para Prado, o estudo começou com uma pergunta simples, mas ardente: como essa planta permanece verde e vigorosa quando a maioria das outras murcharia em poucas horas? “Ao trazermos pela primeira vez essas sementes para o laboratório, lutamos apenas para fazê-las germinar”, disse Prado. “Mas, uma vez que conseguimos imitar as condições do Vale da Morte em nossas câmaras de crescimento, elas dispararam”.

Trabalhando com colegas do laboratório de Rhee, no Instituto de Resiliência Vegetal da MSU, Prado utilizou câmaras customizadas de crescimento de plantas para recriar a luz intensa e as variações de temperatura de um verão real no Vale da Morte. O resultado surpreendeu a todos: a T. oblongifolia triplicou sua biomassa em apenas 10 dias. Em contraste, as espécies que são intimamente relacionadas e frequentemente elogiadas por sua tolerância ao calor, pararam de crescer completamente.

Em apenas dois dias de exposição ao calor extremo, a planta elevou sua “zona de conforto” fotossintética, permitindo que ela continuasse produzindo energia. Em duas semanas, sua temperatura fotossintética ideal atingiu 45°C; ou seja, mais alta do que a de qualquer espécie agrícola conhecida.

“[A T. oblongifolia] é a planta mais tolerante ao calor já documentada”, disse Rhee. “Entender como ela se aclimata ao calor nos dá novas estratégias para ajudar culturas agrícolas a se adaptarem a um planeta em aquecimento”.

Por dentro de uma planta feita para climas extremos

Ao combinar medições fisiológicas com imagens ao vivo e análises genômicas, os pesquisadores descobriram que a notável resiliência da T. oblongifolia resulta de mudanças coordenadas em múltiplas camadas da biologia.

Sob um calor semelhante ao do Vale da Morte, as mitocôndrias da planta — suas organelas produtoras de energia — se reposicionam próximas aos cloroplastos, onde ocorre a fotossíntese. Os próprios cloroplastos mudam de forma, resultando em estruturas distintas no “formato de taça”, nunca antes vistas em plantas superiores ou vasculares (plantas que possuem vasos condutores). Essas estruturas podem ajudar a capturar e reciclar dióxido de carbono de forma mais eficiente, estabilizando a produção de energia sob estresse.

Enquanto isso, milhares de genes alteram sua atividade em apenas 24 horas. Muitos estão envolvidos na proteção de proteínas, membranas e do maquinário fotossintético contra danos causados pelo calor. A planta também aumenta a produção de uma enzima-chave chamada Rubisco activase, que pode ajudar a manter a fotossíntese funcionando de maneira estável em altas temperaturas.

Um modelo para a agricultura em um mundo cada vez mais quente

Com as temperaturas globais previstas para aumentar em até 5°C até o fim do século, ondas de calor já estão reduzindo a produtividade de culturas importantes como trigo, milho e soja. À medida que a população mundial continua a crescer, cientistas tentam encontrar maneiras de aumentar a produção de alimentos.

“A T. oblongifolia nos mostra que as plantas têm a capacidade de se adaptar a temperaturas extremas”, disse Rhee. “Se conseguirmos replicar esses mecanismos em culturas agrícolas, isso pode transformar a agricultura em um mundo que está mais quente”.

Por décadas, a biologia vegetal concentrou-se em espécies-modelo fáceis de cultivar, como Arabidopsis, ou em plantas agrícolas como o arroz e o milho. Mas Rhee argumenta que plantas que sobrevivem a extremos, como a T. oblongifolia, representam uma nova fronteira para melhorar sua resiliência.

“Plantas do deserto passaram milhões de anos resolvendo os desafios que estamos apenas começando a enfrentar”, disse ela. “Finalmente temos ferramentas, como a genômica, imagens ao vivo em alta resolução e a biologia de sistemas, para aprender com elas. O que precisamos agora é de apoio mais amplo para continuar com esse tipo de pesquisa”.

Seu laboratório já está aplicando esses conhecimentos, explorando como os genes e estruturas celulares que conferem resiliência ao calor na T. oblongifolia podem ser aproveitados para tornar culturas básicas mais robustas.

“Esta pesquisa não apenas nos mostra como uma planta do deserto enfrenta o calor”, disse Prado. “Ela nos dá um roteiro de como todas as plantas podem se adaptar a um clima que está em mudança”.

Fonte: Universidade Estadual do Michigan

Artigo original (em inglês) publicado por Morgan Koetje Magilligan na MSU Today.