Por Erik Stokstad
Publicado na Science
À medida que as plantas convertem luz solar em açúcar, suas células brincam com fogo. A fotossíntese gera subprodutos químicos que podem danificar o próprio mecanismo de conversão de luz – e quanto mais quente o clima, maior a probabilidade do processo ficar descontrolado à medida que algumas reações químicas se aceleram e outras diminuem. Agora, uma equipe de geneticistas desenvolveu plantas para que possam reparar melhor os danos causados pelo calor, um avanço que pode ajudar a preservar o rendimento dos cultivos, já que o aquecimento global torna as ondas de calor mais comuns. E, surpreendentemente, a mudança tornou as plantas mais produtivas a temperaturas normais.
“Essa é uma notícia emocionante”, diz Maria Ermakova, pesquisadora da Universidade Nacional Australiana, que trabalha na melhoria da fotossíntese. A modificação genética funcionou em três tipos de plantas – a mostardeira, que é o modelo de planta mais comum, o tabaco e o arroz, sugerindo que qualquer planta de cultivo poderia ser ajudada. O trabalho contrariou a sabedoria convencional entre os cientistas da fotossíntese, e alguns biólogos de plantas se perguntam exatamente como o gene adicionado produz os benefícios. Ainda assim, Peter Nixon, bioquímico de plantas do Imperial College London, prevê que o estudo “atrairá atenção considerável”.
Quando as plantas são expostas à luz, um complexo de proteínas chamado fotossistema II (PSII) energiza elétrons que auxiliam na fotossíntese. Porém, o calor ou a luz intensa podem trazer danos em uma subunidade chave, conhecida como D1, interrompendo o trabalho do PSII até que a planta faça e insira uma nova no complexo. Plantas que produzem D1 extra devem ajudar a acelerar esses reparos. Os cloroplastos, as organelas que hospedam a fotossíntese, têm seu próprio DNA, incluindo um gene para D1, e a maioria dos biólogos supôs que a proteína tivesse que ser produzida no local. Porém, o genoma do cloroplasto é muito mais difícil de ajustar do que os genes no núcleo de uma célula vegetal.
Uma equipe liderada pelo biólogo molecular de plantas Fang-Qing Guo, pesquisador da Academia Chinesa de Ciências, apostou que o D1 produzido por um gene nuclear poderia funcionar da mesma maneira – e ser feito de forma mais eficiente, pois sua síntese no citoplasma, em vez do cloroplasto, seria protegida dos subprodutos corrosivos das reações fotossintéticas. Guo e colegas testaram a ideia na mostardeira Arabidopsis thaliana. Eles pegaram seu gene do cloroplasto para D1, acoplaram-no a uma parte do DNA que se liga durante o estresse térmico e o moveram para o núcleo.
A equipe descobriu que as mudas de Arabidopsis modificadas poderiam sobreviver ao calor extremo em laboratório – 8,5 horas a 41°C -, que matou a maioria das plantas de controle. O mesmo gene Arabidopsis também protegeu o tabaco e o arroz. Nas três espécies, a fotossíntese e o crescimento diminuíram menos do que nas plantas de controle sobreviventes. E em 2017, quando Xangai excedeu 36°C por 18 dias, o arroz transgênico plantado em parcelas de teste rendeu 8% a 10% mais grãos do que as plantas de controle, informou a equipe na Nature Plants.
O choque foi o que aconteceu em temperaturas normais. As plantas resultantes de engenharia genética das três espécies tiveram mais fotossíntese – a taxa de tabaco aumentou em 48% – e cresceu mais do que as plantas de controle. No campo, o arroz transgênico produziu até 20% mais grãos. “Isso realmente nos surpreendeu”, diz Guo. “Eu senti que havíamos capturado um peixe grande”.
O veterano pesquisador de fotossíntese Donald Ort, cientista da Universidade de Illinois, Urbana-Champagne, diz que o grupo apresenta evidências confiáveis dos benefícios das plantas, mas ainda não está convencido de que o D1 produzido por genes nucleares possa ter reparado o PSII no cloroplasto. “Qualquer coisa potencialmente importante será recebida com algum ceticismo. Há muitas experiências que precisamos fazer para descobrir por que isso funciona”, diz ele.
Guo planeja mais testes do mecanismo. Ele também tem um objetivo prático: aumentar o rendimento do arroz. O aumento de produtividade que sua equipe viu na Arabidopsis modificada foi a maior das três espécies – 80% mais biomassa do que o grupo de controle – talvez porque os pesquisadores simplesmente mudaram o gene D1 da Arabidopsis. Guo acredita que a produção de arroz também pode crescer se puder ser modificada com seu próprio gene de cloroplasto, em vez de um da mostardeira – aquecendo ainda mais esses resultados já quentes.
