Plantas entre a luz e a escuridão – ScienceDaily

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Para a pesquisa, as plantas são frequentemente cultivadas sob iluminação estável, que não reflete as condições naturais. Em uma série de experimentos com mudanças nas condições de luz, simulando a interação natural de luz e sombra, pesquisadores do Instituto Max Planck de Fisiologia Molecular de Plantas em Potsdam-Golm (Alemanha) e da Faculdade de Ciências Naturais da Michigan State University (EUA) revelam a importância de duas proteínas-chave para o controle dinâmico da fotossíntese.

As plantas realizam a fotossíntese para crescer. Nesse processo, eles usam energia da luz solar, liberam oxigênio e produzem carboidratos, que são o recurso alimentar básico para todos os seres humanos e quase todos os animais da Terra. Sob condições naturais, a disponibilidade de luz pode mudar rapidamente em um tempo muito curto. Uma das principais razões são as nuvens que fornecem luz e sombra à medida que passam na frente do sol. Folhas e galhos de plantas também podem fornecer sombra temporariamente quando são movidos pelo vento. As plantas não podem passar da sombra para o sol quando a luz é limitada e, inversamente, não podem fugir do sol para a sombra quando expostas a muita luz solar. Eles precisam responder às mudanças nas condições de luz de outras maneiras.

Assim como para os humanos, muita luz solar é prejudicial às plantas. Em particular, uma mudança rápida entre luz fraca e intensa é problemática. Como a retina em nossos olhos, as plantas usam moléculas em suas folhas para capturar partículas de luz. Quando a luz é baixa, essas armadilhas de luz são muito eficientes em capturar o máximo possível da luz fraca. Se as condições de luz mudarem repentinamente, muita energia luminosa pode atingir a planta. Essa energia pode sobrecarregar ou danificar o sensível aparato fotossintético dentro das células vegetais. Assim, as plantas precisam adaptar constantemente sua atividade fotossintética às condições ambientais para, por um lado, obter o máximo rendimento de luz, mas, por outro lado, evitar serem prejudicadas por muita luz.

Até o momento, as plantas em estufas e laboratórios são cultivadas quase exclusivamente sob condições de luz estáveis ​​e uniformes. Portanto, nossa compreensão de como funciona a adaptação às mudanças nas condições de luz é muito limitada. No pior dos casos, isso pode fazer com que as plantas cresçam bem em laboratórios e estufas, mas de repente tenham um desempenho muito pior do que o esperado quando cultivadas no campo.

Regulação da fotossíntese sob condições de mudança de luz

Os pesquisadores Ute Armbruster, do Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology, em Potsdam-Golm, e David Kramer, do College of Natural Science da Michigan State University (EUA), examinaram a planta modelo Arabidopsis thaliana para o estudo deles. As plantas foram cultivadas sob uma ampla variedade de condições, incluindo luz estática, flutuante e natural. O estudo se concentrou em duas proteínas de transporte de íons chamadas VCCN1 e KEA3, que desempenham um papel fundamental no ajuste dinâmico do desempenho fotossintético. Sabe-se de estudos anteriores que o VCCN1 ativa a proteção solar se a luz repentinamente se tornar muito forte. Quando a intensidade da luz diminui, a segunda proteína KEA3 quebra rapidamente essa proteção solar para que a planta possa captar mais luz novamente. No entanto, as duas proteínas VCCN1 e KEA3 nunca foram examinadas sob condições de luz realistas.

Os pesquisadores usaram uma nova abordagem inovadora para medir a fotossíntese em combinação com um uso direcionado de nocautes de genes – ou seja, plantas cujos genes para VCCN1 e KEA3 foram desativados. Eles mostram que as atividades das proteínas VCCN1 e KEA3 dependem das condições de luz em que as plantas foram criadas. a análise e foram capazes de mostrar que tanto a quantidade de luz que uma planta recebe quanto a frequência das flutuações de luz têm uma forte influência na função dos dois transportadores de íons. A função protetora de VCCN1 só é importante em plantas previamente cultivadas sob pouca luz. Por outro lado, o KEA3, que abole a proteção, foi ativo mesmo em períodos de alta luminosidade quando as plantas foram cultivadas em condições com intensidades de luz elevadas.

A proteção solar também depende do grau de flutuação de luz a que as plantas estão expostas. Quando as condições de luz mudam significativamente, as plantas produzem o pigmento laranja zeaxantina, que também está envolvido na proteção solar. A produção deste protetor solar também é suprimida pelo KEA3 sob condições de alta luminosidade. “Nosso estudo mostra que não devemos olhar separadamente para o efeito da luz de crescimento e as respostas rápidas às flutuações de luz”, disse a principal autora do estudo, Thekla von Bismarck, e acrescentou: “A integração de várias escalas de tempo e níveis metabólicos de maneira cada vez mais complexa será um grande desafio futuro para a pesquisa de culturas. Isso fornecerá ideias-chave para melhorar o rendimento das culturas no campo.”

Fonte da história:

Materiais fornecido por Max-Planck-Gesellschaft. Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e tamanho.



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