Cálcio regula germinação de sementes sob estresse salino

Pesquisadores da Universidade Hebraica de Jerusalém identificaram um mecanismo molecular envolvido no controle do equilíbrio entre sódio e potássio durante a germinação sob estresse salino. O sistema envolve sinalização por cálcio e a ação coordenada das proteínas CAMTA6, PP2C49 e HKT1;1. Experimentos com Arabidopsis thaliana também mostraram aumento da germinação após aplicação de sanguinarina, inibidor de fosfatases PP2C. O efeito, porém, ficou restrito à germinação e não protegeu plântulas já estabelecidas contra a salinidade.

O trabalho avaliou embriões em germinação de Arabidopsis thaliana (doi 10.1111/tpj.71033). Os pesquisadores verificaram uma organização espacial da resposta ao sal. A expressão de CAMTA6 predominou nos cotilédones. Sob salinidade, a atividade do gene aumentou e se concentrou nas margens dos cotilédones. A expressão de HKT1;1 apresentou outro padrão. Na presença conjunta de cloreto de sódio e cloreto de cálcio, HKT1;1 se concentrou na radícula.

Sinalização por cálcio e calmodulina

CAMTA6 funciona como fator de transcrição associado à sinalização por cálcio e calmodulina. Os resultados indicam participação dessa proteína no controle espacial de HKT1;1. O transportador HKT1;1 participa da homeostase de sódio e potássio. A distribuição de sua expressão no embrião influencia a capacidade da semente de manter concentrações iônicas compatíveis com a germinação sob salinidade.

A fosfatase PP2C49 integra o mesmo sistema. Estudos anteriores já indicavam sua capacidade de inativar HKT1;1 por desfosforilação. No novo trabalho, a atividade do promotor de PP2C49 permaneceu concentrada na radícula de plantas do tipo selvagem. Em mutantes sem CAMTA6 funcional, a expressão se espalhou por outros tecidos do embrião. O resultado aponta participação de CAMTA6 na restrição espacial da expressão de PP2C49.

Efeito da sanguinarina

Os pesquisadores também avaliaram o efeito da sanguinarina, alcaloide benzofenantridínico com atividade inibitória sobre PP2Cs. Em sementes do tipo selvagem submetidas a 150 milimoles por litro de cloreto de sódio, a aplicação de um micromol por litro de sanguinarina elevou a germinação de 76% para 92%. Sob 200 milimoles por litro de cloreto de sódio, a taxa passou de 3% para 37%.

A resposta dependeu do eixo CAMTA6-PP2C49-HKT1;1. A melhora provocada pela sanguinarina ficou comprometida em mutantes de camta6, pp2c49 e hkt1, além de combinações entre essas mutações. A perda de HKT1;1 eliminou a resposta favorável ao composto em algumas linhagens testadas. Segundo os pesquisadores, os dados sustentam a participação do transportador no efeito da sanguinarina sobre a tolerância durante a germinação.

Componentes do sistema

A aplicação do composto também modificou a expressão dos componentes do sistema. Em embriões do tipo selvagem, a sanguinarina reduziu a expressão de CAMTA6 e PP2C49. Ao mesmo tempo, aumentou a expressão de HKT1;1. Sob salinidade, essa alteração coincidiu com melhora da composição iônica dos embriões.

Com 150 milimoles por litro de cloreto de sódio, embriões do tipo selvagem acumularam 2,61 microgramas de sódio por embrião. A combinação do sal com sanguinarina reduziu esse valor para 1,89 micrograma. Para o potássio, o conteúdo passou de 0,85 micrograma para 1,10 micrograma por embrião. O tratamento, portanto, elevou a relação entre potássio e sódio durante a germinação.

O efeito não apareceu em mutantes de hkt1. Sob cloreto de sódio, esses embriões acumularam 3,10 microgramas de sódio por embrião. Com sanguinarina, o valor permaneceu próximo, em 3,06 microgramas. A concentração de potássio também continuou baixa. Esses resultados reforçam a necessidade de HKT1;1 para a resposta observada no tipo selvagem.

Limite temporal

A ação da sanguinarina apresentou limite temporal. Plântulas com três dias, transferidas para meios contendo sal e sanguinarina, não mantiveram o benefício observado durante a germinação. O composto não evitou a redução do crescimento da raiz primária nem a perda de clorofila causada pelo estresse salino. Os pesquisadores concluem, portanto, com base nos ensaios realizados, pela existência de um efeito específico para a fase germinativa.

A análise do transcriptoma ampliou o alcance do mecanismo. O grupo identificou 63 genes de fosfatases PP2C com resposta às condições avaliadas. Parte deles apresentou regulação associada a CAMTA6, ao cálcio e ao cloreto de sódio. Os dados indicam uma rede de sinalização mais ampla do que o eixo formado por CAMTA6, PP2C49 e HKT1;1.

Os resultados ainda não demonstram uma tecnologia pronta para uso agrícola. O estudo utilizou Arabidopsis thaliana e concentrou os ensaios no funcionamento molecular da germinação. A equipe aponta o mecanismo como base para futuras pesquisas sobre genes e estratégias capazes de favorecer o estabelecimento de culturas em ambientes salinos.