Pesquisadores do MIT e da Aliança Cingapura-MIT para Pesquisa e Tecnologia (SMART) desenvolveram um par de sensores que podem detectar sinais de estresse em plantas, como calor, luz intensa, ou ataques de insetos e bactérias. Feitos de nanotubos de carbono, esses sensores identificam moléculas sinalizadoras – peróxido de hidrogênio e ácido salicílico – que as plantas utilizam para coordenar suas respostas a tais estresses. O estudo foi publicado na revista Nature Communications.
O professor Michael Strano, do MIT, destaca que os sensores são capazes de informar, em tempo real, o tipo de estresse pelo qual a planta está passando através de mudanças químicas que funcionam como uma "impressão digital" do estresse específico. Sarojam Rajani, do Laboratório de Ciências da Vida Temasek em Cingapura, também liderou a pesquisa.
Em 2020, o laboratório de Strano desenvolveu um sensor para detectar peróxido de hidrogênio, um sinal de socorro das células vegetais. A nova pesquisa expande essa tecnologia para detectar também o ácido salicílico, envolvido em muitos aspectos do crescimento e resposta ao estresse das plantas.
Os sensores são aplicados em solução líquida na parte inferior da folha da planta, entrando através dos estômatos e se alojando no mesofilo, onde ocorre a maior parte da fotossíntese. Quando ativados, os sinais são facilmente detectados por câmeras infravermelhas.
Os pesquisadores testaram os sensores em pak choi (Brassica rapa subsp. Chinensis), expondo as plantas a diferentes estresses: calor, luz intensa, mordidas de insetos e infecções bacterianas. Cada tipo de estresse provocou respostas distintas na produção de peróxido de hidrogênio e ácido salicílico.
A capacidade de obter informações em tempo real sobre o estado das plantas e de detectar sinais de estresse antes que danos visíveis ocorram pode transformar a agricultura. A tecnologia poderia ser usada para criar "plantas sentinelas", oferecendo aos agricultores alertas antecipados e permitindo intervenções mais eficazes e oportunas.
Além de monitorar, os sensores poderiam futuramente acionar respostas automáticas, como ajustar a temperatura ou a luminosidade em estufas, aumentando a eficiência na gestão agrícola.
Os resultados podem representar um novo "idioma" químico pelo qual as plantas coordenam suas respostas ao ambiente, marcando um avanço significativo na nossa compreensão e capacidade de comunicação com o mundo vegetal.
"O aumento da exposição a tensões ambientais devido às alterações climáticas afectou negativamente o crescimento e a produtividade das plantas. Após o estresse, as plantas ativam uma cascata de sinalização, envolvendo múltiplas moléculas como H2O2 e hormônios vegetais como o ácido salicílico (SA), levando à resistência ou adaptação ao estresse. No entanto, a ordem temporal e a composição da cascata resultante permanecem em grande parte desconhecidas. Neste estudo desenvolvemos um nanosensor para SA e multiplexamos com nanosensor de H2O2 para monitoramento simultâneo de sinais de H2O2 e SA induzidos por estresse quando plantas de Brassica rapa subsp. Chinensis (Pak choi) foram submetidas a distintos tratamentos de estresse, nomeadamente luz, calor, estresse de patógenos e ferimentos mecânicos. Nanossensores relataram dinâmicas distintas e características de ondas temporais de geração de H2O2 e SA para cada estresse. Com base nesses insights temporais, formulamos um modelo cinético bioquímico que sugere que a forma de onda inicial do H2O2 codifica informações específicas para cada tipo de estresse. Estes resultados demonstram que a multiplexação de sensores pode revelar mecanismos de sinalização de estresse nas plantas, auxiliando no desenvolvimento de culturas resilientes ao clima e em diagnósticos de estresse pré-sintomáticos."
Mais informações podem ser obtidas em doi.org/10.1038/s41467-024-47082-1
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