Simpósio em Imunidade de Plantas

Simpósio em Imunidade de Plantas

Aplicação para bolsa de estudo até 6 de dezembro.



http://www.keystonesymposia.org/13D5

Suportando o calorão.

A capital mais fria do Brasil, Curitiba, registrou 35°C semana passada. Ribeirão Preto, cidade do interior do Estado de São Paulo, bateu 43°C na mesma semana, com pontos de 48°C em algumas partes da cidade. 

Agora, imagina essas plantas expostas a essa temperatura de quase 50°C!!!

Como as plantas lidam com esse calorão todo?

Essa termotolerância adquirida é induzida por um curto período de aclimatização em temperaturas moderadamente altas (sem riscos) antes do stress térmico.

Mas, a forma mais bem caracterizada da termotolerância é a produção das proteínas de choque térmico ou heat shock (HSP).

Durante a aclimatização, as plantas induzem uma transcrição e tradução maciça das HSPs. 

Essas proteínas atuam como chaperonas moleculares, protegendo as proteínas celulares contra irreversível denaturação induzida pelo calor e facilitam o remodelamento de proteínas danificadas pelo stress.

Os mutantes hot são os primeiros mutantes isolados defectivos na termotolerância.

(B) Arabidopsis de 10 dias de idade foram tratadas à 38°C por 90 minutos, seguido de 2 horas à 22°C e então 2 horas à 45°C. WT, plantas selvagens; hot1, plantas mutantes para o gene hsp101; hot1+101, Arabidopsis transgênicas transformadas com o gene hsp101 restituindo o fenótipo termotolerante; hot1+vect, plantas transgênicas transformadas com o vetor vazio (Controle).

Atualmente, várias linhas de evidência indicam que a síntese de HSP é somente uma das formas de proteção contra os danos induzidos ao calor.

Mecanismos mais complexos estão envolvidos!!

PNAS. (2000)Mutants of Arabidopsis thaliana defective in the acquisition of tolerance to high temperature stress. April 11; 97(8): 4392–4397

Como lidar com o stress?

Imagine você desde o nascimento sempre no mesmo lugar. Fixo. Sem a capacidade de locomoção, de fuga, de esconderijo, da busca de um lugar melhor. Agora, sem contar com a sorte de ter um lar, nesse lugar você recebesse chuva, sol, calor de 40°C, frio, geadas, ventos fortes, picadas e mordidas de insetos, escassez de água, falta de nutrientes, poluição do ar e de contaminantes, inundação...

Será que conseguiríamos lidar com tudo isso?

Certamente não.

Mas as plantas, evolutivamente, desenvolveram uma plasticidade desenvolvimental, através de "ferramentas" e mecanismos importantíssimos para lidar com esses estresses bióticos e abióticos.   

Começa uma nova série...

Biotecnologia de milho: Inteína na biomassa celulósica

Uma matéria-prima abundante, e de baixo custo é a biomassa celulósica das plantas. Uma alternativa útil para a produção de químicos e combustíveis, uma vez que não são utilizados para a alimentação humana.

Todavia, o custo para essa produção  a partir da biomassa celulósica é altíssimo, devido os pré-tratamentos e hidrólises enzimáticas.

Na tentativa de diminuir esse pré-tratamento e os custos, uma alternativa potencial seria a expressão, na planta, de enzimas que degradam a parede celular (CWD, cell wall-degrading), tais como as xilanases. Mas, sabe-se que  isso poderá afetar a estatura das plantas, baixa produção de sementes e germinação, redução na fertilidade, uma susceptibilidade à doenças, e baixa produção. 

Assim, para neutralizar esse efeitos adversos, mantendo os benefícios potenciais, pesquisadores desenvolveram um splicing de inteínas termoregulado para controlar a atividade de uma xilanase hidrolitíca em milho.

O artigo foi publicado, hoje, na Nature biotechnology e na Science: 

Engineering a thermoregulated intein-modified xylanase into maize for consolidated lignocellulosic biomass processing

Como ocorre em um splicing de RNA, mas diferentes dos íntrons, as inteínas são elementos genéticos encontrados dentro de seqüências codificadoras de proteínas e que são traduzidos juntamente com a proteína hospedeira. Após tradução, a Inteína é capaz de se auto-remover estabelecendo uma ligação peptídica entre os segmentos flanqueadores (Exteínas) da hospedeira gerando, em conseqüência, uma Exteína madura e uma Inteína livre.

No estudo, foi utilizado uma inteína que se auto-remove em resposta à temperatura.

(A) Diagnóstico em placas de agar para validação da xilanase candidata; XynB, xilanase nativa; pBluescript, sem xilanase; Ser158, xilanase variante com a inteína nativa; Ser158-3108, xilanase variante com mutação R51G da inteína; Thr134-1101, mutação dupla. (B) Termoregulação da iXynB. Vários representativos das variantes iXynB. (diferentes mutações nas inteínas e xilanase)

Essa modificação da xilanase com inteínas (iXynB) assegurou que sua atividade em plantas transgênicas de milho somente ocorresse após um pré-tratamento à 60°-70°C. Como visto na figura abaixo o splicing da inteína ocorre em temperatura alta, dando como produto a xilanase 40Kd (XynB).

(b) Splicing iXynB. Western Blot após pré-tratamento de aquecimento do lisado celular. Temperatura e tempo estão mostrados. 

A utlização dessa engenharia com inteína, possiblitou uma neutralidade dos efeitos não-desejados com o uso da expressão constitutiva da proteína nativa xilanase. As sementes das plantas transgênicas de milho iXynB apresentaram o mesmo fenótipo das plantas milho (wt). Enquanto apenas 8,3% das sementes das plantas transgênicas XynB germinaram, 91,7% das sementes das plantas com iXynB germinaram, contra 83,5% das sementes das plantas (wt).

Desenvolvimento das sementes iXynB e XynB. (A) Morfologia das sementes transgênicas xynB, ixynB, e milho (wt). (B) Biomassa das sementes.

Sob condições de pré-tratamento, um aumento de 20% sob o mesmo processo realizado em plantas de milho (wt) foi obtido com esse sistema iXynB, aliado ainda, ao baixo-custo necessário para a produção.

Produção de Glicose e xilose a partir de xynB e ixynB. (A) As plantas foram processadas e avaliadas usando cocktail que ou incluia (FCt) ou excluía (Ct-Xyl) xilanase. (B) e (C) Pré-tratamento das plantas incluindo o cocktail de enzima cmo xilanase (FCt).

29°C, TOPLESS

Mais um gene para nossa série...

O gene TOPLESS (TPL) codifica uma proteína de 1131 aminoácidos.

Seu mRNA acúmula em altos níveis em todas as células do embrião durante o início da embriogênese  e nos estágios finais do desenvolvimento vascular nas plantas.

O mutante tpl-1 são sensitivos a temperatura, e na temperatura de 29°C transforma o pólo aéreo (shoot pole) em um segundo pólo da raíz (root pole) dando origem a uma plantinha com dupla raíz. 

Em temperaturas baixas, embriões tpl-1 falham em formar o meristema apical aéreo e mostram uma variação de fusão de cotilédones.

  

Efeito da polaridade embriônica em mutantes topless-1. (A) Plantas normais (WT) com 5 dias de idade; (B) Planta tpl-1 com dupla-raíz; (C) Planta tpl-1 (pin) sem cotilédones; (D) Planta tpl-1 (tube); (E) Planta tpl-1 com dois cotilédones fusionados

Estudos recente mostram que o gene TOPLESS media a repressão transcricional dependente de auxina durante a embriogênese em Arabidopsis na formação do eixo apical/basal.

Science 9 June 2006: Vol. 312 no. 5779 pp. 1520-1523

TOPLESS Regulates Apical Embryonic Fate in Arabidopsis

Plants are Cool, Too! Halloween Special

Ei, ta me escutando?

Plantas comunicam com outras plantas. Competição ou cooperação? 

Vale a pena ver!!