Gene SBG1 explica a variação da suberina nas raízes de Arabidopsis thaliana

A cortiça identifica-se num instante: é compacta, ligeiramente esponjosa e não deixa passar água. A mesma substância que lhe dá estas propriedades está, discretamente, a desempenhar funções semelhantes no interior das raízes das plantas.

O que surpreende é que a quantidade dessa substância que cada planta deposita - e o ponto exacto onde o faz - pode mudar imenso.

Uma equipa na Suíça conseguiu agora atribuir essa diferença a um único gene que ainda não tinha sido descrito.

Uma barreira semelhante à cortiça

As raízes são o ponto de contacto directo entre a planta e o solo. Para gerir o que entra e, ao mesmo tempo, evitar perdas de água, as plantas revestem uma camada profunda de células radiculares com suberina, uma substância cerosa.

Quando se usa um corante fluorescente, a suberina aparece como uma bainha amarelo-pálida que envolve a parte interna da raiz, mesmo junto às estruturas que transportam a água para cima.

Até aqui, quase tudo o que se sabia sobre a formação dessa camada vinha de uma única linhagem de uma só espécie, cultivada em laboratório e mantida em estufas para estudos genéticos.

Já o papel da suberina em condições naturais permanecia uma questão em aberto.

Plantas de muitos climas

O trabalho foi coordenado por Marie Barberon, professora associada de ciências das plantas na Universidade de Genebra (UNIGE), em colaboração com investigadores da Universidade de Lausana (UNIL).

A equipa analisou 284 variedades naturais de Arabidopsis thaliana - uma pequena planta com flor, frequentemente usada como organismo-modelo na genética vegetal -, corando as raízes de cada uma e observando-as ao detalhe.

Os padrões encontrados chamaram a atenção. Em algumas linhagens, formava-se perto da ponta da raiz uma bainha de suberina espessa e contínua.

Noutras, essa barreira surgia de forma irregular, aos pedaços, ou era estabelecida mais abaixo, em zonas mais envelhecidas da raiz.

Surge um padrão climático claro

Estas variedades vinham de regiões muito distintas, desde encostas quentes do Mediterrâneo até campos mais frios da Escandinávia.

Os investigadores compararam os padrões de suberina com o clima do local de origem de cada variedade. O resultado foi inequívoco.

As plantas provenientes de áreas com precipitação mais imprevisível, condições mais secas e temperaturas mais elevadas apresentavam maior deposição de suberina - e mais espessa exactamente onde era mais crítico reter água.

“Os nossos resultados sugerem que reforçar a barreira é uma adaptação natural ao stress hídrico, permitindo um melhor controlo das trocas de água com o solo”, afirmou Jian-Pu Han, primeiro autor do estudo.

Identificação do mecanismo genético

Uma análise genómica em larga escala às 284 variedades revelou um pequeno gene, até então desconhecido, baptizado pela equipa como SUBER GENE1, ou SBG1.

Este gene codifica uma proteína muito curta - com apenas 129 blocos de construção -, bem menor do que a maioria.

As variedades que construíam barreiras mais espessas tinham versões mais activas do gene. Já as que apresentavam suberina mais descontínua possuíam cópias menos activas.

A correspondência foi suficientemente forte para justificar a procura do que, afinal, esta proteína faz.

Antes deste trabalho, não existia qualquer função atribuída ao gene em nenhuma planta. Ninguém o tinha associado a barreiras radiculares, sinalização hormonal ou qualquer outro processo. Estava no genoma de Arabidopsis como um parágrafo ainda por ler.

Um estudo recente em tomateiros tinha ligado a suberina à tolerância à seca, mas o “botão” genético por trás desse efeito continuava por descobrir. Ao juntar variação natural em plantas silvestres com mapeamento do genoma, a equipa conseguiu finalmente identificar um.

Como funciona o gene

“Este gene actua como um regulador-chave da suberina: quando está mais activo, a barreira torna-se mais forte; quando é interrompido, forma-se com menos eficiência”, explicou Han.

Para compreender o mecanismo, os investigadores analisaram a que outras proteínas o SBG1 se liga. Verificaram que interage com uma família de enzimas vegetais que ajuda a regular respostas ao stress.

Quando essas enzimas são removidas, a barreira fica ainda mais espessa - precisamente o inverso do que acontece quando é o próprio SBG1 a ser eliminado.

Ou seja, há dois sistemas dentro da raiz a actuar em sentidos opostos.

A ligação às hormonas

No centro desta rede está o ácido abscísico, a hormona libertada pelas plantas quando detectam problemas de água.

Trabalhos anteriores já tinham apontado para uma relação entre esta hormona e a suberina, mas a ligação exacta não estava esclarecida.

O novo estudo acrescenta a peça que faltava. Em conjunto, o SBG1 e essas enzimas parecem determinar até que ponto o sinal do ácido abscísico chega ao mecanismo responsável por construir a barreira.

Sem eles, o efeito da hormona sobre a deposição de suberina fica atenuado.

“Os nossos resultados mostram que a modulação das respostas hormonais que afectam a deposição de suberina é um elemento central da estratégia de adaptação das plantas ao clima”, afirmou Barberon.

Culturas mais resistentes no futuro

Em termos simples, a mensagem é esta: plantas expostas a climas mais duros evoluíram bainhas radiculares mais espessas, e um gene até agora desconhecido ajuda a definir essa espessura.

Isto abre possibilidades para o melhoramento de culturas agrícolas. Trigo, arroz, tomate e outros alimentos de base têm as suas próprias versões da barreira de suberina.

Actuar sobre o SBG1 - ou sobre as enzimas com que interage - poderá permitir desenvolver variedades que conservem melhor a água durante períodos de seca.

Num contexto de precipitação cada vez mais irregular, um mecanismo deste tipo era há muito desejado. A equipa de Genebra acaba de o tornar mais acessível.