Cientistas descobrem um mecanismo de planta anteriormente desconhecido – e seu impacto pode ser enorme

Esta descoberta pode abrir caminho para o desenvolvimento de culturas mais sustentáveis ​​que possam suportar condições ambientais mais rigorosas.

Os cientistas descobrem que a saída meiótica em Arabidopsis Impulsionado pela inibição da tradução mediada pelo corpo P

Albert Cairo, Karel Reha e seus colegas descobriram um mecanismo anteriormente não identificado para a reprogramação da expressão gênica durante a transição quando a célula se diferencia. O mecanismo ocorre na conclusão da meiose, uma divisão celular especializada necessária para a reprodução sexual, e permite que as células germinativas e os grãos de pólen se diferenciem.

Esse mecanismo envolve a localização dinâmica de componentes regulatórios essenciais no condensado intracelular que se assemelham a gotículas de líquido. Esse processo está diretamente relacionado à produção de sementes e pode fornecer novas maneiras de gerar culturas mais sustentáveis ​​que possam suportar condições ambientais adversas. Os resultados foram recentemente publicados na prestigiosa revista Ciências.

Flor de lagarta de campo capturada por microscópio de luz. Crédito: Instituto de Tecnologia da Europa Central – Universidade Masaryk

As células não são coisas estáticas. Eles mudam de um tipo para outro. A ativação de um conjunto específico de genes afeta como as células se especializam em completar tarefas específicas e quando se dividem ou diferenciam. Biólogos celulares como Albert Cairo e Karel Reha usam uma série de métodos científicos de ponta para explorar o mundo exato das plantas. A biologia celular está atualmente passando por uma revolução, com a perspectiva tradicional de organização celular sendo estendida a novos patamares.

“Agora sabemos que a célula contém não apenas organelas convencionais definidas por membrana, mas muitos processos moleculares estão confinados em organelas menos específicas da membrana, também chamadas de condensadores de biomoléculas (biocapacitores). Durante os últimos 10 anos, a importância desses biocapacitores começou para ser reconhecido.” Estamos agora contribuindo para este campo, mostrando como um tipo específico de biocondensação se forma no final da meiose e inibe a síntese de proteínas”, explica Albert Cairo, primeiro autor desta pesquisa.

“Isso, por um lado, encerra os processos de meiose, mas, por outro lado, marca o início de uma geração de células geneticamente diferente”, acrescenta Cairo. Mas isso não é tudo. A equipe de pesquisa acredita que mecanismos semelhantes também estão em ação em outros organismos e configurações celulares, incluindo diferenciação celular ou respostas ao estresse.

A descoberta por membros do laboratório de Karel Riha pode ter um enorme impacto social.

Albert Cairo e Karel Riha. Crédito: Instituto de Tecnologia da Europa Central – Universidade Masaryk

“Estamos vivendo uma emergência climática. Embora as plantas possam suportar uma ampla gama de estresses, incluindo altas temperaturas e seca, seu crescimento e reprodução podem ser severamente prejudicados. Isso significa que corremos o risco de uma redução significativa no rendimento das colheitas, apenas quando o rendimento tem que ser aumentado para atender às necessidades humanas. É por isso que a pesquisa de plantas deve agora ser uma prioridade”, explica o autor correspondente e líder do grupo de pesquisa Karel Riha.

A principal tarefa do laboratório é esclarecer os processos biológicos básicos intimamente relacionados à reprodução das plantas e à formação de sementes, que em muitas culturas se traduzem em rendimento.

Os resultados da pesquisa mostram que os condensadores biomoleculares desempenham um papel importante na fertilidade das plantas, e seu comportamento provavelmente está relacionado ao estresse ambiental. Portanto, está claro que nossa descoberta é o primeiro passo no desenvolvimento de novas soluções que levam à produção agrícola sustentável em condições extremas”, explica Albert Cairo.

As técnicas técnicas que a equipe teve que fazer são realmente impressionantes, e esta pesquisa foi publicada em Ciências Tenha certeza de que o Laboratório Reha está indo na direção certa.

O caminho para a descoberta

Estudo da meiose em uma planta modelo Arabidopsis thaliana É um desafio particular. A equipe de pesquisa se concentrou em células raras e incomuns escondidas em pequenos botões de flores de 0,1 a 0,4 mm. Além disso, as fases da divisão meiótica em que o estudo se concentra ocorrem rapidamente – todo o processo leva de cinco a seis horas. Portanto, não é fácil pegá-lo. A equipe de pesquisa deve usar a mais recente tecnologia e muita criatividade e imaginação para explorar esse processo.

A equipe de Riha teve que estabelecer condições para imagens ao vivo da meiose dentro do outro órgão (a parte do estame que contém o pólen). A equipe usou microscopia avançada e se tornou um dos dois laboratórios do mundo capazes de monitorar diretamente a meiose das plantas. Outra peça de conhecimento essencial que a equipe ganhou foi dominar a técnica do protoplasto. Os protoplastos são células vegetais isoladas que foram privadas de sua parede celular circundante, tornando-os fáceis de manipular geneticamente e visualizar ao microscópio. Essa técnica permitiu que a equipe resolvesse alguns problemas de forma mais rápida e eficiente do que usando células meióticas.

Anna Vargova fez uma contribuição significativa para a compreensão do mecanismo complexo recentemente descrito. Pavlina Mikulkova forneceu experiência e emprestou sua mão mágica durante a geração de imagens de células vivas da meiose usando um microscópio Light-shit. A equipe de pesquisa foi apoiada pelo Núcleo CEITEC CELLIM e pelo Plant Science Core Facility. A pesquisa levou mais de oito anos e foi financiada pelo REMAP Youth and Sports Scholarship Project do Ministério da Educação da República Tcheca. “Seria muito difícil desenvolver um projeto tão complexo sem o financiamento de longo prazo que tínhamos. Na verdade, em algum momento, senti que nossos limites eram apenas nossa imaginação, e acho que isso foi crucial para nosso longo prazo. descoberta”, diz Albert Cairo.

Referência: “Êxodo Meiótico em Arabidopsis Impulsionado pela inibição da tradução mediada pelo corpo P por Albert Cairo, Anna Vargova, Neha Shukla, Claudio Capitao, Pavlina Mikulkova, Sona Valuchova, Jana Pecinkova, Petra Bulankova e Karel Riha, 4 de agosto de 2022, Ciências.
DOI: 10.1126 / science.abo0904

Curiosamente, este projeto não contou com nenhuma colaboração externa, o que é incomum para institutos de pesquisa internacionais como o CEITEC. Neste caso, a equipe de pesquisa estava entrando em uma direção completamente nova e a pesquisa foi concluída exclusivamente por membros do grupo de pesquisa de Karel Riha.