Dois genes-chave para plantas que vagavam pela Terra há 470 milhões de anos foram identificados

Os cientistas pensam que é provável que os dois genes PEN1 e SYP122 tenham aberto o caminho para toda a vida vegetal na Terra.

Pesquisadores lançam nova luz sobre como as plantas se estabeleceram na superfície da Terra

Pesquisadores de Universidade de Copenhague lançaram uma nova luz sobre o assentamento de plantas na superfície do nosso planeta. Em particular, eles mostraram que dois genes são cruciais para as plantas terrestres se protegerem contra o ataque de fungos – um mecanismo de defesa que tem 470 milhões de anos. Esses mecanismos de defesa provavelmente abriram o caminho para todas as plantas terrestres.

Mads Eggert Nielsen, biólogo da Universidade de Copenhague.

Cerca de meio bilhão de anos atrás, as plantas evoluíram de algas aquáticas para plantas terrestres que lançaram as bases para a vida na terra. Cogumelos foram um dos obstáculos que dificultaram essa transição dramática:

“Estima-se que 100 milhões de anos atrás, os fungos rastejaram pela superfície da terra em busca de comida e provavelmente os encontraram em algas mortas trazidas do mar. Então, se você quisesse se estabelecer como uma nova planta em terra e a primeira coisa que encontraria fosse um fungo que o comeria, você precisaria de algum tipo de mecanismo de defesa”, diz Mads Eggert Nielsen, biólogo do Instituto de Plantas e Meio Ambiente. Universidade de Ciências de Copenhague.

De acordo com Mads Eggert Nielsen e seus colegas de pesquisa do Departamento de Ciências Vegetais e Ambientais e da Universidade de Paris-Saclay, a essência desse mecanismo de defesa pode ser reduzida a dois genes, PEN1 e SYP122. Juntos, eles ajudam a formar uma espécie de plugue nas plantas que bloqueiam a entrada de fungos e organismos semelhantes a fungos.

“Descobrimos que, quando destruímos esses dois genes em nossa planta modelo de agrião (Arabidopsis), abrimos a porta para a invasão de fungos patogênicos. Descobrimos que eles são essenciais para a formação desse tampão semelhante à parede celular para se defender contra fungos. Curiosamente, parece ser um mecanismo de defesa universal encontrado em todas as plantas terrestres”, diz Mads Eggert Nielsen, autor sênior do estudo, publicado na revista eLife.

Formado em uma instalação de 470 milhões de anos

A equipe de pesquisa testou a mesma função em hepatica, uma descendente direta de uma das primeiras plantas terrestres da Terra. Ao incorporar os dois genes correspondentes de hepáticas no agrião, os pesquisadores investigaram se poderiam detectar o mesmo efeito. A resposta foi sim.

Experimentos na planta modelo Arabidopsis Crédito: Mads Eggert Nielsen

“Embora as duas famílias de plantas Arabidopsis e Hepatica tenham evoluído em direções diferentes há 450 milhões de anos, elas continuam a compartilhar funções genéticas. Acreditamos que essa família de genes surgiu com o propósito único de controlar esse mecanismo de defesa e foi, portanto, uma das bases para o estabelecimento das plantas em terra”, diz Mads Eggert Nielsen.

Uma simbiose entre plantas e fungos

Enquanto os fungos eram um obstáculo para as plantas na transição de um estágio de algas marinhas para plantas terrestres, eles também eram um pré-requisito. Uma vez que as plantas puderam sobreviver aos ataques de fungos que tentavam comê-las em terra, o próximo problema foi encontrar nutrientes, explica Mads Eggert Nielsen:

“Os nutrientes dissolvidos, como fósforo e nitrogênio, são facilmente acessíveis às plantas em ambientes aquáticos. Mas há 500 milhões de anos, não havia solo como o conhecemos hoje – apenas rocha. E os nutrientes presos na rocha são extremamente difíceis de serem obtidos pelas plantas. Mas não para cogumelos. Por outro lado, os cogumelos não podem produzir carboidratos – e é por isso que comem plantas. Acredita-se que surgiu aqui uma relação simbiótica entre plantas e fungos, que se tornou a base para a explosão da vida vegetal terrestre durante esse período”.

As estruturas de defesa que se formam em uma planta não matam nem a planta nem o fungo, apenas impedem a entrada do fungo.

“Como um fungo pode penetrar apenas parcialmente em uma planta, acreditamos que está surgindo um ponto de inflexão em que tanto a planta quanto o fungo têm algo a ganhar. Então foi uma vantagem manter o relacionamento como está. A teoria de que os cogumelos domesticados são plantados para colonizar a terra não é nossa, mas fornecemos forragem que apóia essa ideia”, diz Mads Eggert Nielsen.

Pode ser usado na agricultura

Os novos resultados adicionam uma peça importante ao quebra-cabeça da história evolutiva das plantas. Mais importante, eles poderiam ser usados ​​para tornar as plantas mais resistentes ao ataque de fungos, o que é um grande problema para os agricultores.

“Se todas as plantas se defendem da mesma forma, deve significar que os microorganismos que podem causar doenças – como o oídio, a ferrugem amarela e o mofo da batata – encontraram uma maneira de se infiltrar, desligar suas defesas ou evadir seus respectivos plantas hospedeiras.” Queremos descobrir como eles fazem isso. Em seguida, tentaremos transferir anticorpos de plantas resistentes para plantas doentes e, assim, obter resistência”, diz Mads Eggert Nielsen.

Mads Eggert Nielsen está envolvido em um projeto de pesquisa no Departamento de Ciências Vegetais e Ambientais, liderado por Hans Thordal-Christensen, apoiado pela Fundação Novo Nordisk, focado em tornar as culturas mais resilientes, identificando os mecanismos de defesa nas plantas que os microrganismos patogênicos procuram desligar.

Fatos adicionais

Pesquisadores há muito suspeitam que os genes PEN1 e SYP122 tenham uma função particular em relação à transição das plantas de seu estágio aquático como algas para plantas terrestres, mas não há evidências concretas se eles eram realmente um requisito para a defesa das plantas habilidades.

Estudos anteriores mostraram que, ao destruir o gene PEN1, as plantas perdem a capacidade de se defender contra os fungos do oídio. No entanto, se o gene SYP122 intimamente relacionado for destruído, nada acontece. Os resultados da nova pesquisa mostram que os dois genes juntos representam uma chave importante no mecanismo de defesa da planta.

Referência: “Sintaxes de plantas SYP12 mediam uma imunidade geral evolutivamente conservada a patógenos filamentosos” por Hector M. Rubiato, Mengqi Liu, Richard J. O’Connell e Mads E. Nielsen, 4 de fevereiro de 2022, eVida.
DOI: 10.7554/eLife.73487