Novo órgão descoberto na planta mais estudada do mundo

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

Publicado 23/06/2021, 11:56 WEST
Planta cantilever

Investigadores da Universidade Estadual da Pensilvânia descobriram uma parte do corpo da planta do agrião chamada cantil, uma estrutura que se estende horizontalmente a partir do caule da planta. Este órgão assemelha-se a um cantiléver da engenharia estrutural, sustentando outro talo até à flor. Um cantil grande e dois cantis mais pequenos podem ser vistos nesta imagem de um agrião.

Fotografia de TIMOTHY GOOKIN, UNIVERSIDADE ESTADUAL DA PENSILVÂNIA

A maquinaria da vida é incrivelmente complexa. Para a tentar compreender, os investigadores têm passado décadas a estudar os chamados organismos modelo: criaturas que são fáceis de estudar em laboratório e que partilham características-chave com muitas outras formas de vida. Este grupo de modelos inclui os ratos de laboratório, as moscas da fruta e uma erva daninha despretensiosa chamada agrião-orelha-de-rato, ou Arabidopsis thaliana.

Os organismos modelo estão entre as formas de vida mais bem estudadas do mundo. Portanto, imagine a surpresa dos cientistas quando, após uma década de investigação, um biólogo obstinado encontrou um órgão completamente novo, escondido à vista de todos, no agrião.

O órgão recém-descoberto, descrito na revista Development, é um braço horizontal que se projeta da haste principal da Arabidopsis e que atua como suporte para o pedicelo, o pequeno talo ligado à base de uma flor. Estendendo-se desde o caule principal da planta, este órgão faz lembrar o suporte estrutural conhecido por cantiléver, levando os investigadores a designá-lo “cantil”.

“Ainda há coisas para descobrir por aí!”, afirma o autor principal do estudo, Timothy Gookin, antigo investigador de pós-doutoramento da Universidade Estadual da Pensilvânia.

Um apêndice surpreendente

A Arabidopsis thaliana, uma pequena planta com flor, é nativa da Europa e da Ásia. Esta erva daninha foi sem dúvida observada por humanos durante milénios, 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 o seu genoma na década de 1990. Como esta planta tem um genoma pequeno e é fácil de cultivar, os biólogos usam-na há décadas para estudar os segredos celulares de toda a vida vegetal.

Em 2015, os cientistas já tinham escrito mais de 54.000 artigos sobre a Arabidopsis e, desde então, outros 4.000 têm sido publicados anualmente. Agora, conhecemos o ADN desta planta tão bem que os investigadores até podem comprar online estirpes mutantes específicas desta espécie. Portanto, como é que um órgão completo da Arabidopsis conseguiu escapar aos investigadores durante tanto tempo?

Este órgão conseguiu escapar, em parte, porque os cantis são muito sensíveis. Na Arabidopsis, os pedicelos normalmente brotam diretamente de um caule, sem um cantil a agir como intermediário. Os cantis só se formam quando as plantas crescem numa “primavera” prolongada, condições de crescimento onde as plantas recebem apenas oito a 10 horas de luz solar por dia, em vez das 12 ou mais horas no verão.

Para além disso, os cantis só se formam perto de uma zona específica no caule: a linha divisória entre o crescimento das folhas na haste inferior e a extremidade superior onde as flores brotam. Encontrar o cantil é como descobrir um órgão completamente novo num rato ou mosca da fruta que se forma apenas em determinadas condições, quando os animais atingem a puberdade.

“Penso que este vai ser um daqueles artigos em que as pessoas vão olhar e dizer que já viram algo assim uma vez, mas que não sabiam o que significava”, diz Dominique Bergmann, bióloga vegetal da Universidade de Stanford, na Califórnia, que não participou no estudo.

Desconstruir o cantil

Timothy Gookin reparou nos cantis pela primeira vez em 2008, quando trabalhava no laboratório de Sarah Assmann, bióloga vegetal da Universidade Estadual da Pensilvânia. Na época, Timothy era investigador de pós-doutoramento e estudava a genética de como as folhas envelhecem, usando mutantes da Arabidopsis que murchavam quando eram forçadas a crescer com menos horas de luz.

Durante estas experiências, o investigador reparou numa coisa peculiar: algumas das plantas tinham braços horizontais que se projetavam vários milímetros a partir do caule. Timothy arquivou a observação, atribuindo-a a uma casualidade provocada por mutações nas plantas do laboratório.

Mas, à medida que a sua pesquisa progredia, Timothy observava esta característica uma e outra vez – inclusivamente em algumas estirpes selvagens da Arabidopsis que não tinham sido manipuladas para trabalho laboratorial. Timothy verificou todas as fontes de contaminação possíveis, chegando a cultivar plantas em diferentes laboratórios para se assegurar de que as substâncias que flutuavam através do sistema de abastecimento de ar no seu primeiro laboratório não tinham desencadeado o crescimento das estruturas.

As estruturas continuaram a aparecer repetidamente. Só aí é que Timothy aceitou que os cantis não eram um acaso, mas sim uma parte da biologia da Arabidopsis que ninguém tinha descrito anteriormente.

Durante anos, Timothy trabalhou à noite e durante os fins de semana para descobrir o que fazia os cantis funcionar, geneticamente falando. A imagem ainda não está completa, mas Timothy já fez três descobertas importantes. Por um lado, um gene chamado FLOWERING LOCUS T, que desempenha um papel vital na formação de flores nas plantas, desencadeia a formação de cantis. Em segundo lugar, a supressão de moléculas chamadas proteínas G, que ajudam as células a receber sinais externos, pode aumentar as probabilidades de formação de cantis.

Por fim, Timothy descobriu que um gene crucial da planta, chamado ERECTA, atua como um interruptor mestre para os cantis. Se desativarmos o gene ERECTA, os cantis não se conseguem formar, independentemente do que os outros genes estejam a fazer.

O papel do gene ERECTA no cantil é parte do motivo pelo qual estas estruturas ainda não tinham sido descobertas. As plantas da Arabidopsis com genes ERECTA quebrados comportam-se particularmente bem em laboratório, crescendo fortes e eretas sem a necessidade de um suporte extra, daí o nome do gene. Estas estirpes resistentes são os pilares das investigações sobre a Arabidopsis, o que significa que muitos cientistas estavam a trabalhar com plantas que não conseguiam sequer produzir cantis.

Produzir um cantil para quê?

Esta descoberta salienta o quão flexível a flora consegue ser no seu desenvolvimento evolutivo. Como as plantas não se conseguem mover para um novo ambiente, precisam constantemente de desenvolver órgãos novos, mudando a sua estrutura rapidamente.

“Nós temos os braços com os quais nascemos”, diz Dominique Bergmann. “Para uma planta, é mais do género: eu preciso de seis braços aqui.” Este tipo de flexibilidade – e caos bioquímico – está no seu auge quando as plantas se preparam para florescer, sendo revelador que os cantis só se formem na Arabidopsis durante este período.

Por enquanto, ainda não se sabe se os cantis ajudam o agrião a sobreviver na natureza, ou se estes apêndices são um efeito colateral inofensivo de outras mudanças na planta. Estas estruturas podem ser vestigiais, o que significa que são restos evolutivos de um antigo antepassado na linhagem da planta, que já não serve um propósito prático.

O biólogo Nicholas Provart, da Universidade de Toronto, que não participou no estudo, suspeita que os cantis não oferecem um benefício evidente para a Arabidopsis, uma vez que este órgão só surge em condições especiais. Mas, mesmo que a função do cantil permaneça obscura, Nicholas está surpreendido com os esforços que Timothy fez para analisar a estrutura – e definir um novo órgão na planta mais bem estudada do mundo. “Foi uma espécie de trabalho de amor”, diz Nicholas.

Este artigo foi publicado originalmente em inglês no site nationalgeographic.com

 

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