O trabalho de detetive dentro das células vegetais encontra uma peça-chave do quebra-cabeça da fotossíntese C4

Culturas altamente produtivas como cana-de-açúcar, sorgo e milho pertencem ao tipo de planta que usa a via fotossintética C4 mais eficiente para transformar água, luz solar e dióxido de carbono (CO_dois) em açúcares.

Os cientistas sabem há muito tempo que um dos principais fatores que tornam a fotossíntese do C4 mais eficiente é que eles têm a capacidade de conter CO._dois dentro de um compartimento hermético no tecido foliar, tornando mais fácil para a ineficaz enzima fotossintética Rubisco se ligar ao carbono. “A grande questão que não conseguimos responder até agora é o que torna este compartimento tão hermético_dois Você não pode escapar? ”Diz a autora principal, Dra. Florence Danila, do Centro de Excelência para Fotossíntese Translacional (CoETP) da Australian National University (ANU).

“Nossa pesquisa fornece várias evidências da responsabilidade da suberina em tornar as células das folhas das plantas C4 herméticas. A suberina forma uma camada que retém o CO._dois gás dentro de uma camada de células chamada de envelope do feixe. Temos cultivado plantas mutantes que não desenvolvem essa camada e vimos o efeito deletério que essa mutação tem sobre seu crescimento e sua capacidade de fotossintetizar ”, diz a Dra. Danila, que trabalha na ANU como parte do International C4 Rice Project. pela Universidade de Oxford.

Esta descoberta é o resultado de muitos anos de trabalho, um pouco de serendipidade e acesso a técnicas modernas que não estavam disponíveis até recentemente, incluindo mapeamento genômico mais rápido e barato, fenotipagem de alto rendimento, microscopia eletrônica e medições de troca.

“Há muito sabemos que a suberina é encontrada nas células da bainha do feixe de plantas C4. No entanto, não tínhamos a evidência experimental para demonstrar seu papel essencial para a fotossíntese C4. Agora, pela primeira vez., Pudemos ver claramente ao microscópio, as diferenças anatômicas entre as plantas com e sem suberina. O elemento-chave dessa descoberta é que encontramos uma população mutante de painço rabo-de-raposa (Setaria viridis) que não tinha o gene que produz a suberina “, diz o vice-diretor do CoETP, professor Susanne von Caemmerer, uma das co-autoras deste estudo.

Esta população mutante indescritível foi gerada no International Rice Research Institute (IRRI) por meio da triagem de centenas de plantas para níveis baixos de CO._dois condições e, em seguida, selecione as plantas que não tiveram um bom desempenho.

“Usando a triagem de alto rendimento, identificamos apenas três mutantes com capacidade fotossintética prejudicada. Enviamos as sementes para a ANU em Canberra e eles cresceram e analisaram usando microscopia eletrônica e técnicas de troca gasosa. Para nossa surpresa, um desses mutantes era o que faltava suberin, diz o Dr. Rob Coe, responsável pelo processo de seleção no IRRI.

O diretor do centro e co-autor do artigo Bob Furbank diz que “esta é uma descoberta muito empolgante, uma das últimas peças mecânicas do quebra-cabeça da fotossíntese C4, conforme observado por Hal Hatch, o descobridor da via C4 algum tempo atrás.”

“Isso mostra que as descobertas científicas podem levar muito tempo para serem resolvidas e que a receita para momentos eureka como este é o trabalho colaborativo de vários especialistas combinados com tecnologias modernas, além de uma pitada de serendipidade. Parece que todas as estrelas se alinharam assim por muito tempo para nós, mas certamente foi um osso duro de roer “, diz ele.

O Dr. Danila diz que os próximos passos da equipe envolvem a aplicação de sua descoberta e as novas metodologias desenvolvidas para projetos como o projeto de arroz C4, que visa converter o arroz (uma colheita de fotossíntese C3) na via C4 mais produtiva.

“Também vamos nos concentrar em outro mistério não resolvido: o caso de um grupo de gramíneas que usam fotossíntese C4, mas não têm suberina”, diz ele.

Esta pesquisa foi financiada pelo ARC Center of Excellence for Translational Photosynthesis, que visa melhorar o processo de fotossíntese para aumentar a produção das principais culturas alimentares, como sorgo, trigo e arroz.

A pesquisa começou como parte do consórcio C4 Rice Project, que compreende a Academia Sinica, a Australian National University, o Max Planck Institute for Molecular Plant Physiology, o Leibniz Institute of Biochemistry, a University of Cambridge, a University of Oxford e a University Washington State e é financiado por uma bolsa da Fundação Bill e Melinda Gates para a Universidade de Oxford.