Sinais de fumaça: como as plantas em chamas mandam as sementes renascerem das cinzas

Sinais de fumaça: como as plantas em chamas mandam as sementes renascerem das cinzas

Pesquisadores do Salk resolvem um mistério ecológico de como a fumaça e as cinzas dos incêndios florestais

LA JOLLA, CA—Na primavera após um incêndio florestal, as árvores que sobreviveram ao incêndio explodem em um novo crescimento e as plantas brotam em abundância da terra arrasada. Durante séculos, foi um mistério como as sementes, algumas há muito adormecidas no solo, souberam abrir caminho através das cinzas para regenerar a floresta queimada.

Na edição online antecipada de 23 de abril de 2013 do Proceedings, da Academia Nacional de Ciências (PNAS), cientistas do Instituto Salk e da Universidade da Califórnia, em San Diego, relatam os resultados de um estudo que responde a essa questão fundamental do “círculo da vida” na ecologia vegetal. Além de explicar como os incêndios levam à regeneração de florestas e pastagens, suas descobertas podem ajudar no desenvolvimento de variedades de plantas que ajudam a manter e restaurar ecossistemas que sustentam todas as sociedades humanas.

“Este é um processo muito importante e fundamental de renovação do ecossistema ao redor do planeta que realmente não entendemos”, diz co-investigador sênior José P. Noel, professor e diretor do Salk's Centro Jack H. Skirball para Biologia Química e Proteômica. “Agora sabemos os gatilhos moleculares de como isso ocorre.”

co-investigador sênior de Noel no projeto, Joanne chory, professor e diretor do Salk's Laboratório de Biologia Molecular e Celular Vegetal, diz que a equipe encontrou o “alerta” molecular para as florestas queimadas. “O que descobrimos”, diz ela, “é como uma planta moribunda gera uma mensagem química para a próxima geração, dizendo às sementes dormentes que é hora de brotar”.

A partir da esquerda: Joanne Chory, Yongxia Guo, Joseph Noel, Zuyu Zheng e James J. La Clair

Imagem: Cortesia do Salk Institute for Biological Studies

Embora as queimaduras controladas sejam comuns hoje, não eram há 50 anos. O serviço de parques dos EUA suprimiu ativamente os incêndios florestais até perceber que a prática deixava o solo de florestas maduras sem minerais e produtos químicos importantes. Isso criou um ambiente intensamente competitivo que acabou sendo prejudicial para todo o ecossistema florestal.

“Quando o Parque Nacional de Yellowstone foi autorizado a pegar fogo em 1988, muitas pessoas sentiram que nunca mais seria restaurado à sua antiga beleza”, diz James J. La Clair, pesquisador do Departamento de Química e Bioquímica da Universidade da Califórnia, que trabalhou no projeto. “Mas na primavera seguinte, quando as chuvas chegaram, houve uma explosão de plantas com flores em meio às cinzas ricas em nutrientes e ao solo carbonizado.”

Em estudos anteriores, os cientistas descobriram que produtos químicos especiais conhecidos como karrikins são criados quando as árvores e arbustos queimam durante um incêndio florestal e permanecem no solo após o incêndio, garantindo a regeneração da floresta.

O novo estudo dos cientistas do Salk procurou descobrir exatamente como os karrikins estimulam o crescimento de novas plantas. Primeiro, os pesquisadores determinaram a estrutura de uma proteína vegetal conhecida como KAI2, que se liga à carriquina em sementes dormentes. Em seguida, comparar a proteína KAI2 ligada à carriquina com a estrutura de uma proteína KAI2 não ligada permitiu aos pesquisadores especular como a KAI2 permite que uma semente perceba a carriquina em seu ambiente.

As estruturas químicas que a equipe resolveu revelaram todos os contatos moleculares entre karrikin e KAI2, de acordo com o associado de pesquisa de Salk, Yongxia Guo, um enzimologista estrutural e um dos principais investigadores do estudo. “Mas, mais do que isso”, diz Gou, “agora também sabemos que, quando a carriquina se liga à proteína KAI2, causa uma mudança em sua forma”.

O outro investigador principal dos estudos, Salk pesquisador associado e geneticista de plantas Zuyu Zheng, diz que essa mudança de forma induzida por carriquina pode enviar um novo sinal para outras proteínas nas sementes. “Esses outros players de proteína”, diz ele, “juntamente com karrikin e KAI2, geram o sinal que causa a germinação das sementes no local e na hora certa após um incêndio florestal”.

Guo e Zheng, um casal que trabalha como pesquisadores de pós-doutorado nos laboratórios Noel e Chory, respectivamente, tiveram a ideia do estudo enquanto conversavam durante o jantar. La Clair então se juntou ao estudo, contribuindo com sua experiência em química.
Embora as novas descobertas tenham sido feitas em Arabidopsis, um organismo modelo que muitos pesquisadores de plantas estudam, os cientistas dizem que a mesma estratégia de regeneração karrikin-KAI2 é, sem dúvida, encontrada em muitas espécies de plantas.

“Nas plantas, um membro dessa família de enzimas foi recrutado de alguma forma por meio da seleção natural para se ligar a essa molécula na fumaça e nas cinzas e gerar esse sinal”, diz Noel, titular da cadeira Arthur e Julie Woodrow da Salk e do Howard Hughes Medical Institute. investigador. “O KAI2 provavelmente evoluiu quando os ecossistemas de plantas começaram a florescer na terra terrestre e o fogo se tornou uma parte muito importante dos ecossistemas para liberar nutrientes presos em plantas moribundas e mortas”.

Mais pesquisas são necessárias para entender exatamente como a mudança na forma da proteína KAI2 ativa uma via genética que regula a germinação, diz Chory, Howard H. e Maryam R. Newman Chair em Plant Biology e investigador do Howard Hughes Medical Institute. “Mas esta descoberta é um passo absolutamente crítico na compreensão deste programa genético e como os ecossistemas de plantas, florestas e pastagens se renovam.”

O trabalho contou com o apoio do National Institutes of Health concede 5R01GM52413 e GM094428, National Science Foundation prêmios EEC-0813570 e MCB-0645794 e o Instituto Médico Howard Hughes.

Sobre o Salk Institute for Biological Studies:
O Salk Institute for Biological Studies é uma das mais proeminentes instituições de pesquisa básica do mundo, onde professores de renome internacional investigam questões fundamentais das ciências da vida em um ambiente único, colaborativo e criativo. Com foco na descoberta e na orientação de futuras gerações de pesquisadores, os cientistas da Salk fazem contribuições inovadoras para nossa compreensão do câncer, envelhecimento, Alzheimer, diabetes e doenças infecciosas, estudando neurociência, genética, biologia celular e vegetal e disciplinas relacionadas.

As realizações do corpo docente foram reconhecidas com inúmeras honras, incluindo Prêmios Nobel e associações na Academia Nacional de Ciências. Fundado em 1960 pelo pioneiro da vacina contra a poliomielite Jonas Salk, MD, o Instituto é uma organização independente sem fins lucrativos e um marco arquitetônico.