Pesquisadores revelam mecanismos de resposta estomática ao aumento de temperatura em plantas

Pesquisadores da Universidade da Califórnia (San Diego) descobriram novos mecanismos pelos quais as plantas respondem ao aumento da temperatura. A regulação da abertura estomática, processo chave para o controle da fotossíntese e da perda de água nas plantas, foi objeto de nova abordagem experimental. A pesquisa revelou que, embora os estômatos respondam a elevações de temperatura, os mecanismos moleculares por trás dessas reações ainda são pouco compreendidos. Utilizando técnica que mantém a diferença de pressão de vapor entre a folha e o ar constante, cientistas conseguiram observar mudanças rápidas e reversíveis na abertura estomática de plantas intactas submetidas ao calor.

O estudo analisou mutantes de Arabidopsis e Brachypodium, plantas modelo para dicotiledôneas e monocotiledôneas, respectivamente. Esses mutantes apresentavam deficiências em vias de sinalização celular responsáveis pela resposta à luz azul, ácido abscísico (ABA), dióxido de carbono (CO2), além de proteínas sensíveis à temperatura, como a fitocromo B (phyB) e a EARLY-FLOWERING-3 (ELF3). Entre os resultados, ficou claro que as proteínas sensíveis ao calor e o ABA não eram essenciais para a resposta dos estômatos ao aquecimento. Entretanto, a ausência de receptores de CO2 nas células-guarda eliminou completamente essa resposta.

Estômatos são poros microscópicos presentes nas folhas, responsáveis pela troca de gases entre a planta e o ambiente. Eles permitem a entrada de CO2 necessário para a fotossíntese e regulam a perda de água pela transpiração. O funcionamento desses poros é controlado por uma série de estímulos ambientais, como a luz, o CO2 e a umidade. O impacto das mudanças de temperatura nos estômatos ainda não é bem compreendido.

Com o aquecimento global, o aumento da temperatura média global é uma preocupação crescente para a agricultura. A temperatura média da superfície do planeta já subiu 1,09°C em comparação com a era pré-industrial. Projeções indicam continuidade dessa tendência de aumento.

A equipe de pesquisadores utilizou técnica que permite medir as mudanças na condutância estomática — a capacidade dos estômatos de se abrirem ou fecharem — em resposta ao aumento da temperatura. Essa técnica é diferente das tradicionais, pois controla a pressão de vapor entre a folha e o ar. O método tradicional poderia confundir os resultados, já que a elevação da temperatura aumenta essa pressão, levando ao fechamento dos estômatos. Com a nova abordagem, os pesquisadores puderam isolar os efeitos da temperatura sobre os estômatos de forma mais precisa.

Os resultados indicam que as proteínas que regulam a resposta à luz azul nas folhas, como os receptores de fototropina, desempenham um papel na resposta ao calor. As plantas mutantes que careciam desses receptores apresentaram uma redução parcial na abertura estomática induzida pelo aquecimento. No entanto, proteínas que normalmente regulam o fechamento estomático em resposta ao estresse térmico, como a fitocromo B e a ELF3, não tiveram um papel relevante na resposta ao calor neste estudo.

O aquecimento estimula rapidamente a fotossíntese, levando à redução dos níveis internos de CO2 nas folhas. Isso aciona a abertura dos estômatos, sugerindo que o mecanismo de resposta ao calor está relacionado à assimilação de CO2. Entretanto, em condições de calor extremo, os estômatos continuaram a se abrir, mas de maneira independente da fotossíntese, indicando a existência de outro mecanismo de regulação. Este processo ainda não foi completamente elucidado.

Essa descoberta tem implicações importantes para a agricultura, especialmente em um cenário de mudanças climáticas. O aumento da temperatura pode afetar diretamente a produtividade das plantas, alterando a forma como elas utilizam água e assimilam CO2 para a fotossíntese. Plantas como o Arabidopsis thaliana, usadas no estudo, são sensíveis a temperaturas acima de 27°C. Isso pode levar a uma redução no crescimento.

Os pesquisadores também identificaram que plantas mutantes que não possuíam sensores de CO2, como HT1 e MPK12/MPK4, perderam completamente a capacidade de abrir os estômatos em resposta ao aquecimento. Isso sugere que o mecanismo de sensoriamento de CO2 é fundamental para a resposta estomática ao calor. Esses resultados foram replicados em monocotiledôneas, como o Brachypodium. Isso sugere que esse mecanismo é conservado em diferentes grupos de plantas.

A descoberta de que a resposta dos estômatos ao calor pode ser desacoplada da fotossíntese em temperaturas mais elevadas é especialmente relevante para o desenvolvimento de novas estratégias de manejo agrícola. Isso inclui o uso de cultivares mais adaptadas a ambientes quentes, bem como o manejo da irrigação em regiões que enfrentam ondas de calor frequentes.

Mais informações podem ser obtidas em doi.org/10.1111/nph.20121