Durante décadas, os cientistas ficaram perplexos com os sinais que as plantas enviam a si mesmas para iniciar a fotossíntese, o processo de transformar a luz do sol em açúcares. Os pesquisadores da UC Riverside agora decodificaram esses sinais anteriormente opacos.

Há meio século os botânicos sabem que o centro de comando de uma célula vegetal, o núcleo , envia instruções para outras partes da célula, obrigando-as a avançar com a fotossíntese . Essas instruções vêm na forma de proteínas e, sem elas, as plantas não ficarão verdes nem crescerão.

"Nosso desafio foi que o núcleo codifica centenas de proteínas contendo blocos de construção para as organelas menores. Determinar quais são o sinal para desencadear a fotossíntese foi como encontrar agulhas em um palheiro", disse Meng Chen, professor de botânica da UCR.

O processo que os cientistas do laboratório de Chen usaram para encontrar quatro dessas proteínas agora está documentado em um artigo da Nature Communications .

Anteriormente, a equipe de Chen demonstrou que certas proteínas nos núcleos das plantas são ativadas pela luz, iniciando a fotossíntese. Essas quatro proteínas recém-identificadas fazem parte dessa reação, enviando um sinal que transforma pequenos órgãos em cloroplastos, que geram açúcares que alimentam o crescimento.

Chen compara todo o processo de fotossíntese a uma sinfonia.

"Os condutores da sinfonia são proteínas no núcleo chamadas fotorreceptores que respondem à luz. Mostramos neste artigo que os fotorreceptores sensíveis à luz vermelha e azul iniciam a sinfonia. Eles ativam genes que codificam os blocos de construção da fotossíntese."

A situação única, neste caso, é que a sinfonia é executada em duas "salas" da cela, tanto por músicos locais (núcleo) quanto remotos. Assim, os condutores (fotorreceptores), que estão presentes apenas no núcleo, devem enviar aos músicos remotamente localizados algumas mensagens à distância. Esta última etapa é controlada pelas quatro proteínas recém-descobertas que viajam do núcleo para os cloroplastos.

Este trabalho foi financiado pelos Institutos Nacionais de Saúde, na esperança de ajudar na cura do câncer. Essa esperança se baseia nas semelhanças entre os cloroplastos nas células vegetais e as mitocôndrias nas células humanas . Ambas as organelas geram combustível para o crescimento e ambas abrigam material genético.

Atualmente, muitas pesquisas descrevem a comunicação das organelas de volta ao núcleo. Se algo estiver errado com as organelas, elas enviarão sinais para a "sede" do núcleo. Muito menos se sabe sobre os sinais reguladores da atividade enviados do núcleo para as organelas.

"O núcleo pode controlar a expressão dos genes mitocondriais e do cloroplasto de maneira semelhante", disse Chen. "Portanto, os princípios que aprendemos com a via de comunicação núcleo-cloroplasto podem aprofundar nossa compreensão de como o núcleo regula os genes mitocondriais e sua disfunção no câncer", disse Chen.

A importância de entender como a fotossíntese é controlada tem aplicações além da pesquisa de doenças. Os assentamentos humanos em outro planeta provavelmente exigiriam a agricultura interna e a criação de um esquema de iluminação para aumentar os rendimentos naquele ambiente. Ainda mais imediatamente, a mudança climática está colocando desafios para os produtores agrícolas neste planeta.

"A razão pela qual podemos sobreviver neste planeta é porque organismos como plantas podem fazer fotossíntese. Sem eles não há animais, incluindo humanos", disse Chen. "Uma compreensão completa e capacidade de manipular o crescimento das plantas é vital para a segurança alimentar."