Plasmodesmos funcionam como pontos de resposta ao estresse

Pesquisadores da Universidade de Delaware identificaram uma dinâmica própria de sinalização oxidativa nos plasmodesmos durante situações de estresse vegetal. Esses nanoporos conectam células adjacentes e participam do transporte de moléculas entre elas. O trabalho registrou respostas redox locais e sistêmicas nessas estruturas.

Nos tratamentos com peróxido de hidrogênio aplicado externamente, os plasmodesmos tiveram comportamento diferente daquele registrado no citosol, na membrana plasmática e nos cloroplastos. Após ferimento mecânico, a oxidação sistêmica dos plasmodesmos atingiu o pico depois da resposta citosólica. O resultado sustenta um modelo no qual essas estruturas funcionam como sensores ou integradores de sinais de estresse.

A equipe de cientistas responsável pelo trabalho buscou acompanhar, em tempo real, alterações associadas ao peróxido de hidrogênio nos plasmodesmos. Essa espécie reativa de oxigênio participa de processos de sinalização ligados a ferimentos, temperaturas extremas e ataque de patógenos.

Desenvolvimento de sensor

Para realizar as medições, os cientistas desenvolveram o sensor Pd-HyPer7. A ferramenta deriva do HyPer7 e direciona sua atividade aos plasmodesmos. Os pesquisadores usaram o sistema em Nicotiana benthamiana e em plantas de Arabidopsis thaliana. Também produziram versões do sensor voltadas ao citosol, à membrana plasmática e aos cloroplastos. Esse desenho permitiu comparar a resposta redox entre diferentes compartimentos celulares.

Os plasmodesmos apresentaram alta sensibilidade ao peróxido de hidrogênio aplicado nos experimentos. O sensor direcionado a essas estruturas respondeu até à menor concentração testada, 0,1 milimolar. A concentração aparente associada à metade da resposta ficou perto de 0,2 milimolar. Nos cloroplastos, o valor chegou a cerca de 1,1 milimolar. Na membrana plasmática, alcançou 1,3 milimolar. No citosol, ficou próximo de 2,7 milimolar. A equipe ressalta um limite importante: esses valores permitem comparar a resposta dos sensores sob as condições do ensaio, mas não representam concentrações absolutas de peróxido de hidrogênio dentro das células.

Diferenças temporais

O ferimento mecânico revelou diferenças temporais entre os compartimentos. Em tecidos próximos ao corte, citosol e plasmodesmos apresentaram aumento rápido do sinal oxidativo. A resposta apareceu já na primeira avaliação, aos dois minutos após o ferimento, e alcançou os maiores valores no intervalo inicial de dois a 15 minutos. No citosol local, o sinal caiu em direção ao nível do controle aos 60 minutos e ficou abaixo dele aos 120 minutos. Nos plasmodesmos, a elevação persistiu por mais tempo.

A separação ficou mais evidente nos tecidos sem dano direto. No cotilédone não ferido, o citosol apresentou um pico transitório e modesto por volta de cinco minutos após o corte. O sinal retornou em direção ao controle aos dez minutos. Nos plasmodesmos desse tecido, o pico ocorreu perto de 20 minutos e recuou aos 30 minutos.

Os cientistas interpretam esse atraso como indício de atuação dos plasmodesmos depois dos sinais sistêmicos iniciais. O experimento não identificou o mensageiro principal responsável pela comunicação a longa distância. Por isso, os dados não permitem concluir se espécies reativas de oxigênio, cálcio ou outros compostos dominam essa propagação.

Resposta ao frio

A resposta ao frio também envolveu oxidação dos plasmodesmos. Plântulas submetidas a água a dois graus Celsius apresentaram aumento gradual do sinal no citosol e resposta nos plasmodesmos durante uma janela de dez a 12 minutos. A intensidade registrada nos plasmodesmos ficou entre o controle mantido a 23 graus Celsius e o tratamento com peróxido de hidrogênio a 0,5 milimolar.

Os pesquisadores classificaram essa resposta como compatível com estresse oxidativo de relevância fisiológica. Diferentemente do que ocorreu no ferimento, o frio produziu dinâmicas de oxidação parecidas, em linhas gerais, no citosol e nos plasmodesmos. Para os cientistas, isso indica que os plasmodesmos não respondem sempre mais rápido ou com mais intensidade que o citosol.

Os resultados também reforçam a ideia de uma regulação redox própria nessas conexões celulares. Os plasmodesmos não acompanharam de forma simples as mudanças do citosol. Em condições de ferimento, mantiveram o sinal por mais tempo no tecido afetado e responderam com atraso no tecido sistêmico. Os cientistas levantam a hipótese de que existam mecanismos locais capazes de definir limiares de oxidação nessas estruturas. O efeito dessas respostas redox sobre a permeabilidade e outras funções dos plasmodesmos, porém, ainda precisa ser determinado experimentalmente.

Essa questão ganha importância porque o peróxido de hidrogênio já aparece associado ao fechamento dos plasmodesmos. A alteração da permeabilidade modifica o transporte intercelular de nutrientes, íons, hormônios, RNAs e proteínas. Assim, mudanças no estado redox dessas estruturas podem integrar percepção de estresse e controle da conectividade entre células.

Os pesquisadores avaliam a possibilidade de usar esse conhecimento em estratégias futuras de melhoramento ou engenharia genética. A manipulação da resposta dos plasmodesmos poderia, em princípio, contribuir para plantas com maior capacidade de enfrentar seca e outros estresses ambientais. O trabalho atual não demonstrou aumento de tolerância em culturas agrícolas (doi 10.1093/plcell/koag192).