O que as primeiras árvores em brotamento nos dizem sobre a genética e as mudanças climáticas

A germinação é evitada pela germinação, que ocorre no outono. Depois que as folhas das árvores caem e os dias ficam mais curtos e frios, novos brotos crescem nos galhos. Como muitas flores silvestres, as árvores requerem um período de dormência em temperaturas mais frias, um processo aprimorado pela evolução, antes que a floração possa ocorrer.

Mas, à medida que a mudança do tempo se torna cada vez mais imprevisível, as geadas tardias são mais comuns e muitas árvores começam a brotar cedo ou tarde demais. Para os agricultores que cultivam árvores frutíferas e nozes, bem como vinhas, uma brotação precoce e uma geada podem significar a diferença entre uma boa colheita e nenhuma colheita.

Por exemplo, uma geada tardia em 2007 no leste dos Estados Unidos resultou em uma perda agrícola estimada de $ 112 milhões, incluindo $ 86 milhões em perdas em safras de frutas. O brotamento mal cronometrado também pode levar a surtos de pragas e doenças.

Compreender a genética da germinação permite que os cientistas modifiquem ou selecionem variedades de culturas mais resistentes a essas ameaças.

Victor Busov, professor da Faculdade de Recursos Florestais e Ciências Ambientais da Universidade Tecnológica de Michigan, juntamente com colegas dos Estados Unidos e da Suécia, publicou no jornal uma nova pesquisa sobre os fatores de transcrição responsáveis ​​pelo surgimento precoce. Comunicações da natureza. Fatores de transcrição são genes que regulam outros genes ligando-se ao DNA e fornecendo instruções de ativação.

Regulação de germinação

As propriedades dos fatores de transcrição ajudam os cientistas a determinar quais outros genes podem estar envolvidos em um determinado processo, como o início da germinação.

Busov e colegas identificaram previamente fatores de transcrição para germinação precoce 1 (EBB1) e fase vegetativa curta (SVL), que interagem diretamente para controlar a germinação. A equipe de pesquisa já identificou e caracterizou o gene de brotamento precoce 3 (EBB3). EBB3 é um regulador de germinação que responde à temperatura, controlado por interações entre os genes e o ambiente circundante. O fator de transcrição fornece um link direto para a ativação do ciclo celular durante o brotamento.

“Agora sabemos que o EBB3 está fornecendo um link direto através da via de sinalização de como essas células se dividem”, disse Busov. “Assim que encontramos o terceiro gene, começamos a colocá-los juntos em um caminho coerente, o que nos ajuda a ver o quadro geral.”

Usando choupos em flor e loci em estufas Michigan Tech, os pesquisadores imitaram a duração da luz do dia e a temperatura de um dia médio de verão durante um período de tempo, seguido por um período que imitou os dias médios de inverno. Os cientistas então realizaram análises de expressão gênica para determinar como os fatores de transcrição funcionavam juntos para ajudar as árvores a julgar quando colocar as folhas na fonte artificial da estufa.

Busov disse que a análise revela como genes específicos são ativados durante a temporada ou em resposta a fatores ambientais específicos.

“Precisamos entender não apenas três fatores de transcrição, mas toda a rede”, disse Busov. “Assim que identificamos os genes, fazemos experimentos nos quais aumentamos ou diminuímos a expressão do gene. Observamos o efeito dessas ações na prole. Identificar a variação na rede nos permitirá regular o brotamento precoce. O novo as tecnologias de sequenciamento estão capacitando essas áreas. “

Falando por entre as árvores

O clima tem efeitos profundos nos processos genéticos que regulam a germinação. O primeiro desses efeitos é o aquecimento dos invernos. Em lugares que não sofrem mais com o frio suficiente, as árvores não recebem a exposição ao frio necessária para restaurar o crescimento. A exposição ao frio é fundamental para uma floração forte e uniforme e uma produção foliar, necessária para uma boa colheita, sejam pêssegos, maçãs, cerejas, uvas ou amêndoas.

A segunda maneira pela qual as mudanças climáticas afetam as árvores são as geadas tardias. O surto tem a ver com o tempo; as árvores não devem começar o crescimento das folhas até que o perigo de geada passe. Casos de geadas extremamente tardias estão se tornando mais comuns e, como Busov aponta, pesquisas indicam que a frequência desses eventos aumenta com as mudanças climáticas.

“As geadas tardias têm efeitos prejudiciais, não apenas nas árvores frutíferas, resultando em perda de safra, mas também nas árvores da floresta”, disse Busov. “As geadas afetam negativamente o crescimento e prejudicam os órgãos em crescimento, tornando as árvores suscetíveis a doenças e pragas.”

Para piorar as coisas, as árvores são organismos de vida tão longa que sua evolução não acompanha o ritmo com que o clima muda.

“Para as árvores, sua adaptação é geracional, mas suas gerações são tão longas, sua adaptação também é”, disse Busov. “É necessária alguma forma de acelerar isso, tanto nas árvores frutíferas quanto nas populações florestais. Com as mudanças rápidas, não há tempo para essa adaptação.”

O projeto de novas abordagens para a adaptação acelerada das árvores às mudanças climáticas pode garantir que a floração ocorra exatamente no momento certo a cada primavera. Usando seu conhecimento das vias genéticas que controlam a germinação, os cientistas esperam modificar geneticamente as plantações para se adaptarem a invernos mais quentes e geadas imprevisíveis. Os cientistas também podem realizar a reprodução assistida por genoma, o antigo processo de seleção natural, com conhecimento baseado na ciência.