Plantas em uma mesma região podem se comportar como se estivessem em “fusos horários diferentes”

Plantas em uma mesma região podem se comportar como se estivessem em “fusos horários diferentes”

Pesquisadores descobriram que espécimes de cana-de-açúcar na mesma região podem se comportar como se estivessem em fusos horários diferentes. Na mesma lavoura, algumas plantas percebiam o amanhecer com até duas horas de atraso, e só então passavam a produzir açúcares por meio dos raios solares. Os dados de análise de expressão genética associados à posição das plantas na lavoura mostraram que as canas-de-açúcar “atrasadas” estavam situadas ao oeste da plantação e recebiam a luz solar mais tardiamente. Em distâncias de centímetros, plantas sombreadas pelas vizinhas também apresentaram atraso na percepção da passagem do tempo, o que sugere a capacidade de microambientes de interferir na fisiologia de cultivares.

O estudo faz parte de um projeto do Instituto de Química (IQ) da USP, coordenado pelo professor Carlos Hotta, que busca descrever as propriedades dos relógios biológicos de espécies de cana-de-açúcar, entender suas relações genéticas e comparar com dados agronômicos, para aplicar esse conhecimento na agricultura e aprimorar a produtividade agrícola.

“Fizemos uma revisão na literatura para ver como poderíamos usar o conhecimento sobre os relógios biológicos na agricultura. Compilamos evidências de que, ao se considerar os ritmos das plantas, podemos aumentar a produtividade, a sustentabilidade ou o valor agregado da nossa produção agrícola”, afirma Carlos Hotta em entrevista ao Jornal da USP sobre a revisão publicada no Journal of Experimental Botany. Os novos resultados do projeto foram publicados na revista New Phytologist e o artigo foi selecionado para capa da edição de novembro.

Como as plantas sabem que horas são?

Se para você é novidade que as plantas “veem” as horas, primeiro é preciso saber que elas também enxergam. Através de fotorreceptores – moléculas de pigmentos acopladas a proteínas, como os que possuímos na retina –, os vegetais são capazes de detectar luz pelas folhas e caules e gerar respostas fisiológicas a esse estímulo. A percepção da presença e do comprimento dos raios solares dá a esses organismos a condição da passagem do dia, o que interfere nas suas atividades metabólicas.

Esse mecanismo interno independente, regulado pela percepção de luz e capaz de coordenar as atividades do organismo a depender das horas é chamado de relógio biológico, ou ciclo circadiano, e está presente na maioria dos seres vivos. Nós humanos, por exemplo, quando enxergamos menos luz e passamos a ter sono, trata-se de um comando no nosso relógio interno de que é hora de dormir, dando ritmo a nós em sincronia com a rotação da Terra. Com as plantas, esse ritmo coordena a fotossíntese, por exemplo, a ponto de antecipar acontecimentos; elas prevêem o amanhecer e se prepararam para esse processo, que utiliza a energia luminosa para produzir açúcares vitais para a sua sobrevivência.

O relógio biológico é essencial para as plantas e, embora não se saiba exatamente como ele funciona, a periodicidade do mecanismo está relacionada à expressão gênica de proteínas, responsáveis por estimular genes diurnos ou noturnos do metabolismo vegetal. Entre os genes circadianos estão o LHY, que é transcrito ao amanhecer e diminui ao anoitecer, período este em que é expresso o TOC1, que retoma o ciclo.  Estudos com a Arabidopsis thaliana, planta da família da couve e da mostarda, mostram que essa complexa rede de genes oscilantes pode influenciar na forma como a planta fixa carbono e utiliza água, alterando sua produtividade.

“Fizemos uma revisão na literatura para ver como poderíamos usar o conhecimento sobre os relógios biológicos na agricultura. Compilamos evidências de que, ao se considerar os ritmos das plantas, podemos aumentar a produtividade, a sustentabilidade ou o valor agregado da nossa produção agrícola”, afirma Carlos Hotta em entrevista ao Jornal da USP sobre a revisão publicada no Journal of Experimental Botany.

Com a cana-de-açúcar, experimentos mostraram que mais de 30% dos genes transcritos são regulados pelo ciclo circadiano. Isso motivou os pesquisadores a analisar geneticamente o relógio biológico da cana, também pela sua alta importância agronômica.

Plantas de um grupo com nove meses e outro mais jovem de quatro meses foram colhidas e analisadas a cada duas horas, durante 26 horas. Entre os resultados, o dado de destaque mostrou um atraso no pico de expressão do gene LHY e, consequentemente, de produção de metabólitos nas plantas mais velhas em relação às mais jovens. A hipótese era de que o autosombrenamento das plantas de nove meses gerava o atraso da detecção da luz do amanhecer.

Ao analisar a expressão dos genes das canas localizadas na parte leste da lavoura da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) – Campus Araras, que recebe a luz solar antes da parte oeste, parte também analisada, foi constatado o atraso na expressão de LHY das plantas da parte oeste em comparação com as do leste.

“Um experimento interessante foi fazermos um muro no lado leste do canavial, o muro substituiu o sombreamento das plantas vizinhas e também atrasou o relógio biológico da cana-de-açúcar”, conta Hotta.

De acordo com o pesquisador, esses resultados sobre a diferença na percepção de tempo em plantas na mesma lavoura abrem espaço para técnicas de manipulação desses microambientes para mudar os ritmos das plantas. “Isso pode ajudar a promover ou inibir a floração, entender qual o melhor horário para irrigar as plantas, aplicar fertilizantes ou agrotóxicos, por exemplo. Abre-se a possibilidade de se usar menos recursos para crescer as plantas, aumentando a sustentabilidade ambiental e econômica das culturas ”, completa.

O artigo foi publicado dia 21 de julho deste ano na revista New Phytologist e foi selecionado para capa da edição de novembro, com autoria de Luíza Dantas e Maíra Dourado e colaboração de Monalisa Carneiro, da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar); de Camila Caldana , da Max Planck Institute, e de Glaucia Souza, do IQ da USP. O projeto conta com o financiamento da Fundação de Amparo à Pesquisa de São Paulo (Fapesp) e do Instituto Serrapilheira.