Novo órgão encontrado na planta mais estudada do mundo

Depois de uma década de trabalho, um biólogo mostrou que uma ramificação horizontal da planta do agrião é uma parte do corpo própria: o cantil.

Por MICHAEL GRESHKO

PLANTA CANTILEVER

Pesquisadores da Universidade Estadual da Pensilvânia descobriram uma parte do corpo da planta chamada cantil, uma estrutura que se estende horizontalmente a partir do caule da planta do agrião. A peça se assemelha a um cantilever em engenharia estrutural, segurando outro talo que leva à flor. Um grande cantil e dois cantils menores podem ser vistos nesta imagem do agrião.

FOTOGRAFIA: TIMOTHY GOOKIN, UNIVERSIDADE ESTADUAL DA PENSILVÂNIA

O mecanismo da vida é incrivelmente complexo. Para tentar entender isso, os pesquisadores passaram décadas concentrando-se nos chamados organismos-modelo: criaturas que são fáceis de estudar em laboratório e compartilham características-chave com muitas outras formas de vida. Este grupo de modelos inclui o rato de laboratório, a mosca da fruta e uma erva daninha despretensiosa chamada agrião thale ou Arabidopsis thaliana .

Organismos modelo estão entre as formas de vida mais bem conhecidas do mundo. Portanto, imagine a surpresa dos cientistas quando, após uma década de trabalho, um obstinado biólogo vegetal encontrou um órgão totalmente novo no agrião, escondido à vista de todos.

O órgão recém-descoberto, descrito hoje na revista  Development , é um braço horizontal que se projeta da haste principal da Arabidopsis e atua como suporte para o pedicelo, o pequeno talo que leva à base de uma flor. Estendendo-se desde o caule principal da planta, a parte lembra o suporte estrutural conhecido como cantilever, levando os pesquisadores a nomearem os órgãos como “cantilever”.

O órgão recém-descoberto, descrito hoje na revista  Development , é um braço horizontal que se projeta da haste principal da Arabidopsis e atua como suporte para o pedicelo, o pequeno talo que leva à base de uma flor. Estendendo-se desde o caule principal da planta, a parte lembra o suporte estrutural conhecido como cantilever, levando os pesquisadores a nomearem os órgãos como “cantilever”.

“Ainda há coisas para descobrir por aí!” afirma o principal autor do estudo, Timothy Gookin, ex-pesquisador de pós-doutorado na Universidade Estadual da Pensilvânia.

Um apêndice surpreendente

A pequena planta com flores Arabidopsis thaliana  é nativa da Europa e da Ásia. A erva daninha, sem dúvida, tem sido observada por humanos há milênios, brotando ao longo da Rota da Seda e surgindo em trechos abandonados de terras agrícolas romanas. A planta foi descrita cientificamente na década de 1570, e os cientistas começaram a sequenciar seu genoma na década de 1990. Como a planta tem um genoma pequeno e é fácil de cultivar, os biólogos vegetais a usam há décadas para estudar os segredos celulares de toda a vida vegetal.

Em 2015, os cientistas haviam escrito mais de 54.000 artigos sobre  Arabidopsis e, desde então, cerca de 4.000 mais foram publicados a cada ano. Agora conhecemos o DNA da planta tão bem que os pesquisadores podem fazer compras online para cepas mutantes específicas da espécie. Então, como um órgão inteiro de Arabidopsis  pôde escapar dos pesquisadores por tanto tempo?

Em parte, porque cantils são enjoados. 

Em Arabidopsis , os pedicelos normalmente brotam diretamente de um caule, sem cantil agindo como intermediário. Cantilos se formam apenas quando as plantas crescem em uma “primavera” prolongada, condições de crescimento em que as plantas recebem apenas de 8 a 10 horas de luz solar por dia, ao contrário das 12 ou mais horas que veriam no verão.

Além disso, os cantilos se formam apenas perto de uma zona particular no caule: a linha divisória entre o crescimento das folhas no caule inferior e a extremidade superior onde as flores florescem.

Encontrar o cantil é como descobrir um órgão totalmente novo em um rato ou mosca da fruta que se forma apenas em certas condições, quando os animais atingem a puberdade.

“Acho que este vai ser um daqueles jornais em que as pessoas vão olhar e dizer: Oh, eu vi isso uma vez! Eu não sabia o que significava! ” diz Dominique Bergmann , um biólogo vegetal da Universidade de Stanford, na Califórnia, que não estava envolvido no estudo.

Desconstruindo o cantil

Gookin percebeu cantils pela primeira vez em 2008, enquanto trabalhava no laboratório de Sarah Assmann , bióloga vegetal da Universidade Estadual da Pensilvânia. Na época, um pesquisador de pós-doutorado, Gookin estudava a genética de como as folhas envelhecem, usando mutantes de Arabidopsis  que murcharam quando forçados a crescer com menos horas de luz.

Durante esses experimentos, ele notou algo peculiar: em algumas de suas plantas, braços horizontais se projetavam a vários milímetros do caule. Gookin arquivou a observação, atribuindo-a a uma casualidade causada por mutações nas plantas do laboratório.

Mas, à medida que sua pesquisa avançava, Gookin viu o recurso repetidamente - inclusive em algumas cepas selvagens de Arabidopsis que não haviam sido manipuladas para trabalho de laboratório . Ele verificou todas as fontes de contaminação possíveis, até mesmo o cultivo de plantas em laboratórios diferentes para ter certeza de que as substâncias que flutuavam através do suprimento de ar de seu primeiro laboratório não haviam desencadeado o crescimento das estruturas.

Repetidamente, as estruturas apareceram. Só então ele aceitou que os cantilos não eram um acaso, mas uma parte da biologia de Arabidopsis que ninguém havia descrito antes.

Durante anos, Gookin trabalhou noites e fins de semana para descobrir o que fazia os cantilos funcionarem, geneticamente falando. Ele não tem a imagem completa ainda, mas até agora, ele fez três descobertas importantes. Por um lado, um gene denominado FLOWERING LOCUS T, que desempenha um papel vital na formação de flores das plantas, desencadeia a formação de cantilos. Em segundo lugar, a supressão de moléculas chamadas proteínas G, que ajudam as células a receber sinais externos, pode aumentar as chances de formação de cantilos.

Finalmente, Gookin descobriu que um gene de planta chave chamado ERECTA atua como um interruptor mestre para cantils. Desative o gene ERECTA, e cantils não podem se formar, independentemente do que os outros genes estão fazendo.

O papel do ERECTA em cantils de baixa estatura é parte do motivo pelo qual as estruturas não foram descobertas antes. As plantas de Arabidopsis  com genes ERECTA quebrados se comportam particularmente bem em laboratório, crescendo fortes e retas sem a necessidade de suporte extra, daí o nome do gene. Essas cepas robustas são os pilares da pesquisa de Arabidopsis  , o que significa que muitos cientistas estavam trabalhando com plantas que não conseguiam fazer cantil.

Por que crescer um cantil?

A descoberta ressalta o quão flexível a flora pode ser em seu desenvolvimento evolutivo. Como as plantas não podem se levantar e se mover para um novo ambiente, elas precisam desenvolver novos órgãos constantemente, mudando sua estrutura rapidamente.

“Você nasceu e recebeu os braços com os quais nasceu”, diz Bergmann. “Para uma planta, seria como, eu preciso de seis braços aqui.” Esse tipo de flexibilidade - e caos bioquímico - atinge seu pico quando as plantas se preparam para florescer, então é revelador que cantilos só se formem em Arabidopsis nessa época.

Por enquanto, não está claro se os cantils ajudam o agrião a sobreviver na natureza ou se os apêndices são um efeito colateral inofensivo de outras mudanças na planta. As estruturas podem ser vestigiais, o que significa que são sobras evolutivas de um ancestral antigo na linhagem da planta, não servindo mais a um propósito prático.

O biólogo Nicholas Provart , da Universidade de Toronto , que não esteve envolvido no estudo, suspeita que os cantis não conferem um benefício claro à Arabidopsis, já que o órgão aparece apenas em condições especiais. Mas mesmo que a função do cantil permaneça obscura, Provart está surpreso com o esforço que Gookin fez para perseguir a estrutura - e definir um novo órgão na planta mais bem estudada do mundo. “Foi uma espécie de trabalho de amor”, diz ele.

Fonte: National Geografic