Para muitas plantas, mais galhos significam mais frutos. Mas o que faz uma planta desenvolver galhos? Uma nova pesquisa da Universidade da Califórnia, Davis, mostra como as plantas quebram o hormônio estrigolactona, que suprime a ramificação, para se tornarem mais "espessas". Entender como a estrigolactona é regulada pode ter grandes implicações para muitas plantas cultivadas.

O estudo foi publicado em 1º de agosto na Nature Communications.

"Ser capaz de manipular a estrigolactona também pode ter implicações além da arquitetura da planta, incluindo a resiliência da planta à seca e aos patógenos", disse o autor sênior Nitzan Shabek, professor associado do Departamento de Biologia Vegetal da UC Davis, especializado em bioquímica e biologia estrutural.

O papel hormonal da estrigolactona foi descoberto apenas em 2008, e Shabek a descreve como "a novata no pedaço" para a pesquisa de hormônios vegetais. Além de regular o comportamento de ramificação, a estrigolactona também promove interações benéficas abaixo do solo entre fungos micorrízicos e raízes de plantas, e ajuda as plantas a responder a estresses como seca e alta salinidade.

Embora os cientistas saibam muito sobre como as plantas sintetizam estrigolactonas e outros hormônios, muito pouco se sabe sobre como as plantas os decompõem. Pesquisas recentes sugeriram que enzimas chamadas carboxilesterases, que existem em todos os reinos da vida, incluindo humanos, podem estar envolvidas na degradação da estrigolactona. As plantas produzem mais de 20 tipos de carboxilesterases, mas apenas duas formas em particular, CXE15 e CX20, foram associadas à estrigolactona. No entanto, essa ligação era apenas especulativa, e a equipe de Shabek queria saber mais sobre como essa degradação funciona.

"Nosso laboratório está interessado em mecanismos, o que significa que não queremos apenas saber se um carro pode dirigir, queremos saber como ele está dirigindo; o que está acontecendo dentro do motor", disse Shabek.

Para investigar se CXE15 e CX20 realmente estão envolvidos na regulação da estrigolactona, os pesquisadores começaram construindo modelos 3D da estrutura molecular das enzimas. Este trabalho foi iniciado pelo pesquisador de graduação Linyi Yan, que desenvolveu e purificou as proteínas carboxilesterase no laboratório.

Esse projeto liderado pelos estudantes rapidamente se tornou algo maior, disse Shabek.

O bolsista de pós-doutorado Malathy Palayam usou cristalografia de raios X e simulações de computador para resolver a estrutura atômica tridimensional das enzimas e realizou experimentos bioquímicos para comparar como as duas enzimas poderiam degradar o hormônio.

Esses experimentos mostraram que o CXE15 era muito mais eficiente em quebrar a estrigolactona do que o CXE20, que se liga à estrigolactona, mas não a degrada efetivamente. Seus modelos 3D revelaram algo novo: que uma região específica do CXE15 realmente permitiu que a enzima mudasse sua forma.

"CXE15 é uma enzima muito eficaz — ela pode destruir completamente a molécula de estrigolactona em milissegundos", disse Shabek. "Quando ampliamos, percebemos que há uma área dinâmica na estrutura da enzima que é necessária para que ela funcione dessa maneira."

Ao examinar a estrutura do CXE15, Shabek e seus colaboradores identificaram aminoácidos específicos que permitem que a enzima se ligue dinamicamente à estrigolactona. Então, para confirmar que esses aminoácidos eram de fato responsáveis pela eficiência da enzima, eles projetaram geneticamente uma versão mutante da enzima com uma região dinâmica alterada. A versão mutante mostrou uma capacidade reduzida de degradar a estrigolactona tanto in vitro quanto quando a equipe a testou em plantas de Nicotiana benthamiana.

Shabek diz que os próximos passos serão investigar como as enzimas carboxilesterases são produzidas em diferentes tecidos vegetais, como raízes e caules.

"Neste estudo, estávamos realmente interessados em elucidar o mecanismo e a estrutura dessas enzimas, mas estudos futuros podem começar a investigar como elas afetam o crescimento e o desenvolvimento das plantas", disse Shabek.

Outros autores do estudo são: Ugrappa Nagalakshmi, Amelia K. Gilio e Savithramma Dinesh-Kumar, UC Davis; David Cornu e Francois-Didier Boyer, Université Paris-Saclay, França.