Cientistas avançam na compreensão da fotossíntese C4

Descoberta sobre a evolução da fotossíntese C4 pode abrir caminho para o desenvolvimento de culturas agrícolas mais resistentes e produtivas, especialmente em um contexto de mudanças climáticas.

A pesquisa revela como as plantas que utilizam fotossíntese C4 evoluíram para atingir eficiência superior. E como essa tecnologia natural pode ser adaptada para beneficiar plantas que ainda dependem da fotossíntese C3, como arroz, trigo e soja.

Fotossíntese C4: um salto evolutivo

A maioria das plantas, cerca de 95%, utiliza o método de fotossíntese C3. Esse processo apresenta deficiências importantes, como perda de energia e água, o que as torna mais vulneráveis em climas quentes e secos.

Por outro lado, a fotossíntese C4, que surgiu há cerca de 30 milhões de anos, é 50% mais eficiente, conservando energia e reduzindo a perda de água.

Esta eficiência é alcançada com o envolvimento de células do tipo bainha do feixe, que assumem parte do processo de fotossíntese ao lado das células mesofílicas. No entanto, o mecanismo molecular que permitiu essa transição nas plantas C4 sempre foi um mistério, até agora.

A chave está nos fatores reguladores

Utilizando tecnologia de genômica de célula única, os pesquisadores analisaram plantas C3 (arroz) e C4 (sorgo). Eles descobriram que a evolução da fotossíntese C4 não dependeu do surgimento de novos genes, mas de alterações nos elementos regulatórios que controlam a expressão gênica.

Um grupo de proteínas conhecido como fatores de transcrição DOF foi identificado como crucial para ativar genes necessários à fotossíntese nas células da bainha do feixe.

Esses elementos regulatórios já existiam nas plantas ancestrais C3, mas foram "cooptados" durante a evolução para expandir suas funções nas plantas C4. Isso sugere que o potencial para a fotossíntese C4 já está embutido em plantas C3, oferecendo uma oportunidade promissora para manipulação genética.

Aplicações na agricultura

Os cientistas agora exploram como aplicar essas descobertas para transformar culturas essenciais em plantas mais resilientes. O "Projeto Arroz C4" é um esforço global para introduzir características da fotossíntese C4 no arroz, visando aumentar sua produtividade e eficiência hídrica.

No curto prazo, o estudo fortalece a iniciativa do Instituto Salk para criar plantas otimizadas capazes de resistir melhor às mudanças climáticas e ajudar na captura de carbono.

Mais informações podem ser obtidas em doi.org/10.1038/s41586-024-08204-3