Schrenkiella parvula é uma planta que pode crescer – até prosperar – em condições extremamente salgadas. Pesquisadores do laboratório Dinneny estudam esta planta para entender essa adaptação especial e como elas podem modificar outras plantas para resistir a ambientes estressantes semelhantes. Crédito: José Dinneny
Quando as plantas se deparam com condições muito secas, salgadas ou frias, a maioria delas tenta conservar os recursos. Eles enviam menos folhas e raízes e fecham seus poros para reter a água. Se as circunstâncias não melhorarem, eles eventualmente morrem.
Mas algumas plantas, conhecidas como extremófitas, evoluíram para sobreviver em ambientes hostis. Schrenkiella parvula, um membro desgrenhado e ramificado da família da mostarda, não apenas sobrevive, mas prospera em condições que matariam a maioria das plantas. Cresce ao longo das margens do Lago Tuz, na Turquia, onde as concentrações de sal na água podem ser seis vezes maiores que as do oceano. Em um artigo publicado em Plantas da Natureza em 2 de maio de 2022, cientistas da Universidade de Stanford descobriram que Schrenkiella parvula realmente cresce mais rápido sob essas condições estressantes.
“A maioria das plantas produz um hormônio do estresse que age como um sinal de parada para o crescimento”, disse José Dinneny, professor associado de biologia em Stanford, autor sênior do artigo. “Mas neste extremófito, é uma luz verde. A planta acelera seu crescimento em resposta a esse hormônio do estresse.”
Imagem de uma raiz de S. parvula tirada com um microscópio confocal. Crédito: Prashanth Ramachandran
Dinneny e seus colegas estão estudando Schrenkiella parvula para saber mais sobre como algumas plantas lidam com condições adversas. Suas descobertas podem ajudar os cientistas na engenharia de culturas que são capazes de crescer em solo de baixa qualidade e se adaptar ao estresse das mudanças climáticas.
“Com a mudança climática, não podemos esperar que o meio ambiente permaneça o mesmo”, disse Ying Sun, pesquisadora de pós-doutorado no Salk Institute que obteve seu doutorado em Stanford e é a principal autora do artigo. “Nossas culturas terão que se adaptar a essas condições em rápida mudança. Se pudermos entender os mecanismos que as plantas usam para tolerar o estresse, podemos ajudá-las a fazê-lo melhor e mais rápido.”
Uma resposta inesperada
Schrenkiella parvula é um membro da família Brassicaceae, que contém repolho, brócolis, nabo e outras culturas alimentares importantes. Em áreas onde se espera que as mudanças climáticas aumentem a duração e a intensidade das secas, seria valioso se essas culturas fossem capazes de resistir ou mesmo prosperar nesses períodos de seca.
Quando as plantas encontram condições secas, salgadas ou frias – todas as quais criam estresse relacionado à água – elas produzem um hormônio chamado abscísico.[{” attribute=””>acid, or ABA. This hormone activates specific genes, essentially telling the plant how to respond. The researchers examined how several plants in the Brassicaceae family, including Schrenkiella parvula, responded to ABA. While the other plants’ growth slowed or stopped, the roots of Schrenkiella parvula grew significantly faster.
Schrenkiella parvula is closely related to the other plants in the study and has a very similar-sized genome, but ABA is activating different sections of its genetic code to create a completely different behavior.
“That rewiring of that network explains, at least partially, why we’re getting these different growth responses in stress-tolerant species,” Dinneny said.
Engineering future crops
Understanding this stress response – and how to engineer it in other species – could help more than just food crops, Dinneny said. Schrenkiella parvula is also related to several oilseed species that have the potential to be engineered and used as sustainable sources of jet fuel or other biofuels. If these plants can be adapted to grow in harsher environmental conditions, there would be more land available for cultivating them.
“You want to be growing bioenergy crops on land that is not suitable for growing food – say, an agricultural field that has degraded soil or has accumulated salinity because of improper irrigation,” Dinneny said. “These areas are not prime agricultural real estate, but land that would be abandoned otherwise.”
Dinneny and his colleagues are continuing to investigate the network of responses that could help plants survive in extreme conditions. Now that they have an idea of how Schrenkiella parvula sustains its growth in the face of limited water and high salinity, they will try to engineer related plants to be able to do the same by tweaking which genes are activated by ABA.
“We’re trying to understand what the secret sauce is for these plant species – what allows them to grow in these unique environments, and how we can use this knowledge to engineer specific traits in our crops,” Dinneny said.
Reference: “Divergence in the ABA gene regulatory network underlies differential growth control” by Ying Sun, Dong-Ha Oh, Lina Duan, Prashanth Ramachandran, Andrea Ramirez, Anna Bartlett, Kieu-Nga Tran, Guannan Wang, Maheshi Dassanayake and José R. Dinneny, 2 May 2022, Nature Plants.
DOI: 10.1038/s41477-022-01139-5
Dinneny is a member of Stanford Bio-X; the Director of Graduate Studies and chair of the Graduate Studies Committee in Stanford’s Biology Department; and a fellow of the American Association for the Advancement of Science.
Additional Stanford co-authors of this research include research associate Lina Duan, postdoctoral scholar Prashanth Ramachandran, and graduate student Andrea Ramirez. Other coauthors are from Louisiana State University and the Salk Institute for Biological Studies.
This work was funded by the U.S. Department of Energy, the Carnegie Institution for Science, the National Science Foundation, the Rural Development Association of South Korea, and the HHMI-Simons Faculty Scholars program.
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