Em um artigo publicado na Science , uma equipe internacional de cientistas apresenta um projeto detalhado de como as plantas constroem células do floema - o tecido responsável por transportar e acumular açúcares e amido nas partes da planta que colhemos (sementes, frutos e tubanãrculos de armazenamento) para alimentar grande parte do mundo.

Esta pesquisa fundamental revela como os sinais globais nos meristemas das raa­zes coordenam as fases de maturação distintas do tecido do floema.

O floema éum tecido vascular altamente especializado que forma uma rede interconectada de fios conta­nuos em todo o corpo da planta. Ele transporta açúcares, nutrientes e uma variedade de moléculas de sinalização entre folhas, raa­zes, flores e frutos.

Como resultado, o floema éfundamental para a função da planta. Compreender como a rede do floema éiniciada e se desenvolve éimportante para futuras aplicações na agricultura, silvicultura e biotecnologia, pois pode revelar como transportar melhor essa energia do açúcar para onde for necessa¡ria.

As raa­zes das plantas continuam a crescer ao longo de sua vida. Esse fena´meno, conhecido como crescimento indeterminado, significa que as raa­zes se alongam continuamente a  medida que adicionam novos tecidos a  ponta da raiz - como construir uma estrada sem fim. Um arquivo conta­nuo de células especializadas do floema percorrendo o comprimento das raa­zes (ana¡logo a uma pista em uma rodovia) fornece o nutriente prima¡rio, a sacarose, a s partes da planta onde énecessa¡rio para o crescimento. Para cumprir esse papel vital, o tecido do floema deve se desenvolver e amadurecer rapidamente para que possa fornecer açúcares aos tecidos circundantes - semelhante a  construção de uma via de serviço que precisa ser conclua­da no primeiro esta¡gio da construção de uma rodovia com várias pistas.

O problema que hámuito intrigava os cientistas de plantas écomo um aºnico gradiente instrutivo de protea­nas écapaz de encenar as fases de construção em todos os diferentes arquivos de células especializadas (pistas de rodovias) que estãopresentes nas raa­zes. Como um tipo de canãlula laª o mesmo gradiente que seus vizinhos, mas o interpreta de maneira diferente para desenvolver seu pra³prio desenvolvimento especializado, éuma questãoque os cientistas de plantas vão trabalhando para resolver.

Nos últimos 15 anos, os pesquisadores das equipes de Yrja¶ Helariutta da Universidade de Cambridge e da Universidade de Helsinque descobriram o papel central da comunicação canãlula a canãlula e mecanismos de feedback complexos envolvidos no padrãovascular. Esta nova pesquisa, realizada com colaboradores da Universidade de Nova York e da Universidade Estadual da Carolina do Norte, revela como essa linha única de células do floema éconstrua­da independentemente das células vizinhas.

O grupo Sainsbury / Helsinki dissecou cada etapa na construção do arquivo de células do floema (a via de transporte de açúcar) na planta modelo Arabidopsis thaliana usando RNA-seq de canãlula única e imagem ao vivo. Seu trabalho mostrou como as protea­nas que controlam o amplo gradiente de maturação da raiz interagem com a maquinaria genanãtica que controla especificamente o desenvolvimento do floema.

Este éum mecanismo que parece ajudar o arquivo de células do floema a acelerar a maturação usando seu pra³prio mecanismo para interpretar os sinais de maturação. Pawel Roszak , co-autor do estudo e pesquisador do Laborata³rio Sainsbury da Universidade de Cambridge (SLCU) , explica: “Mostramos como os sinais globais no meristema da raiz interagem com os fatores específicos do tipo de canãlula para determinar fases distintas do desenvolvimento do floema na resolução do celular. O uso de classificação de células seguida de sequenciamento de canãlula única profunda e de alta resolução da rede reguladora de genes subjacente revelou um mecanismo de 'gangorra' de repressão genanãtica reca­proca que desencadeia transições de desenvolvimento rápidas. ”

O grupo também mostrou como o desenvolvimento do floema éencenado ao longo do tempo, com programas genanãticos iniciais inibindo programas genanãticos tardios e vice-versa - assim como as equipes de trabalho de assentamento de asfalto entregam a construção aos pintores de pistas nos esta¡gios finais da construção da rodovia. Além disso, eles mostraram como os primeiros reguladores do floema instrua­ram genes específicos a dividir as células do floema em dois subtipos diferentes - como a construção de uma bifurcação na estrada que leva a dois destinos separados.

O colider do trabalho, Yrja¶ Helariutta, disse que a reconstrução de suas equipes das etapas desde o nascimento atéa diferenciação terminal do protofloema na raiz de Arabidopsis expa´s as etapas. Helariutta disse: "A interface de gradientes de maturação amplos com reguladores transcricionais específicos do tipo de canãlula para o esta¡gio de diferenciação celular énecessa¡ria para o desenvolvimento do floema."

“Ao combinar a transcripta´mica de uma única canãlula com imagens ao vivo, aqui mapeamos os eventos celulares desde o nascimento da canãlula do floema atésua diferenciação terminal em células do elemento de peneira do floema. Isso nos permitiu descobrir mecanismos genanãticos que coordenam a maturação celular e conectam o momento da cascata genanãtica a reguladores mestres amplamente expressos da maturação do meristema. O momento preciso dos mecanismos de desenvolvimento foi fundamental para o desenvolvimento adequado do floema, com aparentes mecanismos 'a  prova de falhas' para garantir as transições. ”

Os pesquisadores da New York University forneceram várias ferramentas técnicas importantes para o projeto. Kenneth Birnbaum , professor do Departamento de Biologia e do Centro de Gena´mica e Biologia de Sistemas, e Dennis Shasha, professor de ciência da computação no Courant Institute of Mathematical Sciences, contribuiu para a análise de dados de RNA-seq de uma única canãlula, desenvolvendo os modelos computacionais que revelaram redes genanãticas envolvidas na mudança de programas de desenvolvimento, ou seja, a troca de equipes na construção de rodovias . O laboratório de Birnbaum também compartilhou técnicas de imagem ao vivo de longo prazo que permitiram a  equipe de pesquisa "observar" o progresso das células do floema desde o nascimento atéa maturação completa ao longo de dias sob o microsca³pio. A microscopia de longo prazo ajudou a mostrar a coordenação do tempo dos eventos de “divisão de faixa” e enucleação do floema para o estado molecular das células.

“Esta éuma Idade de Ouro para descoberta em biologia com novas ferramentas que nos ajudam a conectar o estado molecular de células individuais com observações em tempo real da canãlula”, disse Birnbaum. “Essas medições de canãlula única e técnicas de imagem ao vivo são para a canãlula o que as imagens de satanãlite são para a Terra. Nosso projeto de floema mostra o potencial dessas ferramentas para entender o desenvolvimento das células vegetais, em particular, aquelas que são tão cruciais para a nutrição humana. ”

Os pesquisadores planejam explorar mais a evolução desses mecanismos e se essas etapas são replicadas em outras regiaµes de plantas e outras espanãcies de plantas.