Cientistas descobrem cabo de guerra do oxigênio dentro das células vegetais

A pesquisa foi liderada pelo Dr. Alexey Shapiguzov (PhD, Docente) no Centro de Excelência em Biologia de Árvores da Universidade no campus Viikki. As descobertas foram publicadas na revista Fisiologia Vegetal.

O oxigênio desempenha um papel crítico na vida das plantas

O oxigênio é essencial para muitos processos nas plantas, incluindo metabolismo, crescimento, respostas imunológicas e capacidade de adaptação ao estresse. Trabalhos anteriores da Universidade de Helsínquia também mostraram que o oxigénio desempenha um papel importante na ativação da cicatrização de feridas em plantas. Apesar da sua importância, os cientistas ainda não compreendem completamente como as plantas regulam os níveis de oxigénio nos seus tecidos.

Dentro das células vegetais, o oxigênio é influenciado principalmente por duas estruturas chamadas organelas. As mitocôndrias usam oxigênio durante a respiração celular para produzir energia. Os cloroplastos, por outro lado, liberam oxigênio como subproduto da fotossíntese.

Embora a respiração e a fotossíntese tenham sido estudadas extensivamente, os cientistas sabem muito menos sobre como o oxigênio se move entre as mitocôndrias e os cloroplastos.

Estudando a atividade mitocondrial em Arabidopsis

Para investigar esta questão, os investigadores estudaram versões geneticamente modificadas da planta modelo Arabidopsis thaliana. Essas plantas carregavam defeitos em suas mitocôndrias que ativam enzimas respiratórias alternativas. Como resultado, as mitocôndrias consomem oxigênio em uma taxa mais elevada.

As plantas alteradas apresentaram duas características notáveis:

• A respiração mitocondrial mais elevada reduziu os níveis de oxigênio nos tecidos vegetais.
• Os cloroplastos tornaram-se resistentes ao metil viológeno, uma substância química que desvia elétrons do fotossistema I para o oxigênio e produz espécies reativas de oxigênio.

Quando os pesquisadores expuseram as plantas ao gás nitrogênio para criar condições de baixo oxigênio, a transferência de elétrons para o oxigênio caiu drasticamente. Este resultado sugeriu que o metil viológeno não tinha mais a substância necessária para funcionar: o oxigênio.

As mitocôndrias podem extrair oxigênio dos cloroplastos

Os experimentos revelaram uma interação anteriormente não reconhecida dentro das células vegetais. Quando as mitocôndrias aumentam o consumo de oxigênio sob estresse, elas podem diminuir a quantidade de oxigênio disponível dentro dos cloroplastos.

Este processo cria efetivamente um dreno interno de oxigênio que altera a fotossíntese e o metabolismo das espécies reativas de oxigênio. Essas mudanças podem ajudar as plantas a se adaptarem às mudanças nas condições ambientais.

Segundo o Dr. Shapiguzov, “até onde sabemos, esta é a primeira evidência de que as mitocôndrias influenciam os cloroplastos através da troca intracelular de oxigênio”. A descoberta fornece uma nova visão sobre como as plantas coordenam a produção de energia e respondem ao estresse.

Novas pistas sobre estresse e resiliência das plantas

Compreender como a respiração e a fotossíntese interagem através da troca de oxigênio oferece uma imagem mais clara do metabolismo energético das plantas. Também pode ajudar os cientistas a prever melhor como as plantas respondem às mudanças ambientais, como ciclos diurnos e noturnos ou inundações.

A interação recém-descoberta também pode levar a métodos aprimorados para medir e gerar imagens da fisiologia das plantas. Estas ferramentas podem ser úteis para o melhoramento de plantas e para a detecção precoce de stress nas culturas.