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Por Malena Stariolo – Jornal da Unesp | Botânico e um dos principais estudiosos da neurobiologia vegetal, Stefano Mancuso inicia o livro A Revolução das Plantas: Um novo modelo para o futuro, recuperando a história da Mimosa pudica, a famosa planta dormideira. Por muito tempo, esse pequeno exemplar vegetal intrigou biólogos e botânicos com sua habilidade de fechar as folhas, como forma de proteção, quando passava por alguma perturbação. No começo de 1800 o ecólogo Lamarck ficou especialmente interessado no fato de que essas plantas deixavam de responder quando eram expostas a estímulos repetitivos. De alguma forma, parecia que elas se “acostumavam” com a perturbação e paravam de considerá-la uma ameaça, o que tornava desnecessário o movimento de defesa.
Essa constatação deu início a uma área de pesquisa que considera as plantas como organismos provavelmente capazes de armazenar informações, dotadas de algum sistema análogo à memória. Hoje, transcorridos dois séculos, biólogos, ecólogos e botânicos já aceitam a ideia de que as plantas podem possuir memória. No entanto, os mecanismos que tornam esse fenômeno possível ainda permanecem em grande parte desconhecidos.
Na Unesp, o professor Luiz Fernando Rolim de Almeida, do Instituto de Biociências, no câmpus de Botucatu, coordena um grupo de estudo dedicado a investigar de que maneira as plantas respondem ao estresse vegetal, abordando os campos de comunicação e memória. Uma das pesquisas resultantes da investigação é a da recém-doutora Priscila Pegorin que, sob orientação de Almeida estudou como o sorgo é capaz de reter informações após passar por ciclos de estresse salino, ou seja, quando a planta é exposta a mais sal do que ela está acostumada.
A pesquisa de doutorado resultou no artigo Split roots, unified signals: Electrome and systemic responses reveal priming under recurrent salinity in sorghum, publicado na revista científica Plant Physiology and Biochemistry. Nele, os pesquisadores evidenciam uma adaptação nas plantas de sorgo que passaram por estresse salino recorrente. Plantas que foram expostas a mais de um ciclo de estresse apresentaram características de rustificação, mudando a forma como respondiam ao evento.
“Nesse contexto, a memória nada mais é do que a habilidade da planta de reter informações a partir de um condicionamento”, diz Pegorin. Ela explica que essa habilidade permite que a planta, quando exposta novamente ao mesmo estímulo, tenda a apresentar uma resposta melhor ou mais rápida do que a primeira vez. “Essa capacidade foi evidenciada no trabalho”, conta.
Outra novidade que a pesquisa trouxe foi o emprego de uma metodologia ainda pouco explorada nos estudos de memória. Ela se baseia na identificação e análise dos sinais elétricos emitidos pela planta para compreender de que modo a informação do evento estressante é transmitida ao longo do organismo vegetal.
Para o experimento, o grupo usou uma técnica conhecida como “Split-root”, ou raízes divididas. Como o nome indica, ela envolve a divisão da raiz de uma mesma planta em dois vasos diferentes. Isso permite aplicar diferentes tratamentos no sistema radicular da planta, enquanto ela compartilha da mesma parte aérea. Assim, foi possível investigar se a planta apresentava adaptações mesmo quando apenas uma parte de sua raiz foi afetada.
O experimento concebido pelos pesquisadores da Unesp dividiu as plantas em cinco grupos que receberam tratamentos distintos: um grupo controle, em que nenhuma das raízes recebeu tratamento (C-C); o grupo controle – estresse salino (C-S), no qual apenas uma parte da raiz foi estressada de maneira recorrente; o grupo estresse salino – estresse salino (S-S), com ambas as partes recebendo o excesso de sal, também com estresse recorrente; e, por fim, outros dois grupos C-S 2º ciclo, no qual uma parte da raiz passou por um evento único de estresse; e S–S 2º ciclo, que teve ambas as partes da raiz estressadas em um evento único de estresse. Cada grupo recebia, semanalmente, cinco novos integrantes, e no total, 125 espécimes tiveram seu desenvolvimento monitorado.
Com o esquema montado, chegou o momento de colocar o experimento em prática. Os grupos C-S e S-S foram expostos ao tratamento de estresse salino, que consistia em uma solução com uma concentração de 120 milimolar (mM) de cloreto de sódio (NaCl), o famoso sal de cozinha. Enquanto isso, os outros três grupos (o grupo controle, e os outros dois que receberam o tratamento apenas no segundo ciclo) foram tratados apenas com a solução nutritiva utilizada na manutenção das plantas.
Após o primeiro evento estressante, todas as plantas tiveram 72h de recuperação, para voltar ao seu funcionamento padrão para, por fim, no segundo ciclo receberem novamente o tratamento estressor. Com exceção do grupo controle (C-C), neste segundo ciclo, todos os grupos passaram pelo tratamento salino.
“O prazo de 24 horas de estresse é considerado um tempo curto, mas ainda assim foi possível observar modificações, principalmente nos sinais elétricos”, conta Priscila. Nos resultados, o grupo observou que as plantas que foram estressadas mais de uma vez exibiram resposta rápida à salinidade, com pico de sinais elétricos apenas 10 minutos após a aplicação do sal no segundo ciclo; enquanto aquelas que estavam passando pelo tratamento pela primeira vez demoraram cerca de 120 minutos para gerar uma resposta.
“Isso ocorre por conta do priming”, explica a doutora. As técnicas de priming vegetal consistem em preparar sementes ou plantas para resistir a estresses abióticos (como seca, frio e salinidade), e bióticos (como doenças e pragas). Hoje, essa é uma técnica que vem sendo amplamente explorada na agroindústria por garantir melhor qualidade, homogeneidade e resistência das culturas.
As origens do priming vegetal, entretanto, vêm de fora dos laboratórios e diretamente do campo, a partir de práticas nas quais agricultores deixavam sementes de molho em água antes da semeadura para acelerar a germinação. Foi apenas a partir do século XX que essas técnicas começaram a ser estudadas de forma científica.
Nas décadas de 1960 e 1970, pesquisadores passaram a investigar a hidratação controlada das sementes, desenvolvendo técnicas que permitiam ativar os processos metabólicos iniciais da germinação sem que a radícula, a primeira parte do embrião que sai da semente, emergisse. Quando a radícula emerge, a germinação se torna um processo irreversível. Isso acaba gerando problemas, por exemplo, para o armazenamento e transporte de sementes e grãos. Por outro lado, enquanto a semente está apenas hidratada e com o metabolismo inicial ativado, ela ainda pode ser secada novamente e armazenada ou transportada sem perder sua viabilidade.
Desde então, esse é um recurso que vem sendo cada vez mais explorado no campo. Atualmente, o priming é utilizado tanto em sistemas agrícolas comerciais quanto em pequenas propriedades, sendo aplicado em culturas como arroz, milho, trigo, hortaliças e leguminosas. Além do processo de hidratação original, os produtores agrícolas também conseguem fazer a rustificação das sementes, que ocorre quando elas são expostas a estresses de maneira repetida, assim como foi feito na pesquisa com o sorgo, garantindo que a planta cresça de forma mais resistente e adaptada aos estresses ambientais. Esse tipo de processo tem se tornado particularmente vital no contexto de emergência climática, quando eventos extremos, como longos períodos de seca ou chuvas intensas, ameaçam a produtividade das lavouras.
Apesar do campo de priming e memória vegetal ter um histórico de séculos de estudo, em sua pesquisa, Priscila utilizou uma nova metodologia ainda pouco explorada, baseada na identificação e análise dos sinais elétricos emitidos pelas plantas.
Ao contrário dos animais, as plantas não possuem cérebro nem sistema nervoso. Em vez disso, dependem de pulsos elétricos e sinais bioquímicos que transmitem informações entre as células e permitem registrar experiências anteriores. É graças a esse mecanismo que elas são capazes de ajustar seu funcionamento e se adaptar quando expostas a condições de estresse, viabilizando o priming. É como se os sinais elétricos avisassem a planta sobre o que está acontecendo, ativando suas respostas ao evento.
Para realizar essas medições, o grupo contou com a colaboração do pesquisador Gustavo Maia Souza, coordenador do Laboratório de Cognição e Eletrofisiologia Vegetal da Universidade Federal de Pelotas (UFPel). Souza foi responsável por desenvolver um sistema de sensores que foram acoplados à planta e que transmitiam os sinais elétricos para o computador, onde eram armazenados, tratados e analisados.
“Os sensores corroboraram a nossa hipótese inicial, de que a capacidade de resposta de uma planta que aprendeu com estresse seria maior”, conta Almeida. O sistema também mostrou que os sinais elétricos decorrentes das situações de estresse não ficavam restritos a uma única região, mas foram propagados por todo o organismo, desencadeando respostas fisiológicas e bioquímicas. “O que mais nos chamou a atenção, é que conseguimos observar que, independentemente de onde o estresse esteja acontecendo, uma vez que o indivíduo passou por outros eventos estressantes, a informação é transmitida para toda a planta”, diz.
Um dos resultados que se destacaram foi o uso eficiente da água. Os pesquisadores observaram que as plantas de sorgo que foram expostas ao estresse apenas uma vez, ajustaram o funcionamento dos estômatos, pequenas aberturas nas folhas responsáveis pelas trocas gasosas. Nesse caso, as plantas reduziram a abertura desses poros, o que diminuiu a perda de água e aumentou a eficiência no seu uso. Esse tipo de estratégia permite que a planta continue realizando fotossíntese enquanto economiza água em condições ambientais adversas.
Por outro lado, no grupo de plantas que passou por dois ciclos de estresse, ou seja, que já conheciam o evento estressor, os estômatos permaneceram mais abertos, demonstrando uma adaptação e maior resistência à situação limite. Isso favorece a entrada de gás carbônico e pode estimular a fotossíntese, mas também leva a uma maior perda de água, reduzindo a eficiência hídrica. “O que observamos, portanto, é que, quando a planta já passou anteriormente por uma condição de estresse, sua resposta fotossintética pode favorecer a manutenção dos estômatos abertos, mesmo em condições adversas”, explica Almeida. “Isso acaba sendo benéfico porque permite o acúmulo de biomassa por parte da planta”, conclui.
“Todas essas reações acabam sendo mediadas por sinalização elétrica, que exercem esse papel de transmissão rápida de informações”, completa Priscila. O efeito de priming também torna essas sinalizações ainda mais rápidas e garantem a sobrevivência da planta. O grupo observou que, nos casos em que as plantas expostas ao evento estressor apenas uma vez, os sinais elétricos corriam mais lentamente, culminando em uma resposta tardia do sorgo. “É quase como se o sinal de alerta não estivesse ligado”, diz Almeida.
O docente espera que, por meio do desenvolvimento de novas técnicas para estudo de priming, seja possível descobrir novas informações sobre a forma como o registro de memória ocorre e é transmitido ao longo das plantas, de maneira a aprimorar as culturas para situações adversas. Além dos estresses conhecidos, como o hídrico, salino, oxidativo e os agentes promotores, que podem ser pragas ou eventos climáticos, Almeida ainda destaca a presença de microplásticos nas lavouras. “Isso é uma novidade na história evolutiva das plantas. Como elas irão se adaptar a essa realidade?”.
No levantamento “Microplastics in food commodities”, a Organização das Nações Unidas para a Alimentação e a Agricultura (FAO), aponta que ainda não é possível ter estimativas de qual a presença de micro e nanoplásticos nas culturas, porém sua presença já é uma realidade que vem sendo reportada desde 2020. Segundo a organização, os microplásticos se acumulam primeiro nas raízes das plantas antes de serem transportados para as partes aéreas, como as folhas, as flores e os frutos, afetando toda a cadeia alimentar. “Esse é o desafio, trazer a ciência básica para questões fundamentais da aplicação e da segurança alimentar”, reforça Almeida.
Este texto foi originalmente publicado pelo Jornal da Unesp, de acordo com a licença CC BY-SA 4.0. Este artigo não necessariamente representa a opinião do Portal eCycle.
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