Pesquisadores do Instituto de Biologia da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), em colaboração com colegas da University of Edinburgh, na Escócia, identificaram um novo mecanismo pelo qual as plantas controlam a absorção e assimilação de nitrogênio.
A descoberta, realizada no âmbito de um trabalho de doutorado feito com bolsa da FAPESP, abre perspectivas para o desenvolvimento de cultivares menos dependentes de fertilizantes à base de nitrogênio, largamente utilizados na agricultura para impulsionar o crescimento e a produção vegetal.
Os principais resultados do estudo foram descritos em um artigo publicado na revista Nature Communications. “Identificamos uma nova via de regulação da assimilação de nitrogênio em plantas. Ao alterar essa via foi possível fazer com que as plantas assimilassem mais nitrogênio e, consequentemente, crescessem mais. Dessa forma, esperamos contribuir para a redução do uso excessivo de fertilizantes que frequentemente impactam o ambiente e que representam altos custos na produção agrícola”, disse Lucas Frungillo, primeiro autor do artigo.
De acordo com Frungillo, as plantas absorvem nitrogênio do solo na forma de nitrato. Uma vez absorvido pelas raízes o nitrato é transportado, principalmente, para a parte aérea do vegetal para ser posteriormente assimilado na forma de aminoácidos e proteínas. Ao longo do processo assimilatório, o nitrato é convertido em nitrito nas folhas das plantas por meio de uma reação catalisada por uma enzima chamada nitrato redutase.
O nitrito é majoritariamente transportado para o cloroplasto – organela presente nas células vegetais, também responsável pela fotossíntese –, onde segue na via de assimilação de nitrogênio até a formação de aminoácidos. O nitrito também pode ser transformado em óxido nítrico por outras reações enzimáticas e não enzimáticas no interior das células vegetais. Por muito tempo, segundo Frungillo, a reação de formação de óxido nítrico ao longo da via de assimilação do nitrato foi considerada um subproduto do processo de assimilação de nitrogênio pelas plantas.
Ao estudar esse processo em diferentes cultivares de Arabidopsis thaliana – uma pequena planta herbácea, nativa da Europa, Ásia e África, da família das Brassicaceae, a que também pertence a mostarda –, Frungillo e colegas descobriram que, além de outras ações nas plantas, o óxido nítrico também atua como uma molécula de sinalização, indicando quando as plantas devem limitar a absorção e assimilação de nitrato.
“O óxido nítrico desempenha um papel de sinalizador, indicando para a planta se ela tem ou não nitrogênio suficiente para se desenvolver. Ele faz isso através da regulação da assimilação do nitrato pelo vegetal”, explicou.
De acordo com Frungillo, a estratégia utilizada pelo óxido nítrico para aumentar sua concentração e exercer o papel de sinalizador no processo de assimilação de nitrogênio pelas plantas é regular a enzima capaz de degradar uma de suas formas bioativas.
Diferentemente do que se observa em outros modelos biológicos, em que o aumento da disponibilidade de uma molécula induz o aumento na atividade de uma enzima capaz de degradá-la, no caso do óxido nítrico o movimento é contrário. O aumento da disponibilidade de óxido nítrico na planta leva a uma redução da atividade da GSNOR1.
“O óxido nítrico é capaz de inibir diretamente a atividade da enzima GSNOR1 por meio de uma modificação pós-traducional [processos que podem alterar o tamanho, composição, função e localização de proteínas] chamada de S-nitrosilação. Dessa forma, ele regula sua própria disponibilidade na planta e controla sua ação sinalizadora, indicando quando a planta deve reduzir a assimilação de nitrato”, explicou.
Por meio de engenharia genética é possível aumentar o número de cópias dessa enzima que contrapõe a sinalização do óxido nítrico, reduzindo o impacto inibitório desse sinalizador em sua degradação. “É possível mitigar geneticamente esse efeito de ‘autopromoção’ do óxido nítrico”, indicou Frungillo. A fim de testar essa hipótese, os pesquisadores da University of Edinburgh desenvolveram durante o estudo uma variedade deArabidopsis thaliana, chamada de 35S::GSNOR1, que super-expressa a GSNOR1.
Os resultados das análises genéticas e bioquímicas, realizadas no laboratório coordenado pelo professor Gary J. Loake e repetidos no Brasil, indicaram que a planta conseguiu assimilar maior quantidade de nitrogênio.
Do Progresso