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Ciência

Desvendando a resistência de plantas à seca

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Pesquisa investiga a nanoestrutura química dos vasos condutores de água do xilema


Células vegetais são envoltas em uma estrutura chamada de parede celular, composta principalmente por celulose e lignina. Entre outras funções, essa parede dá estabilidade estrutural às células e controla a entrada de água, sais minerais e outras substâncias. Ao morrerem, as células deixam para trás sua parede celular, formando diferentes estruturas que suportam a planta dando rigidez aos caules e que facilitam o transporte de substâncias das raízes até as folhas e vice-versa. Uma dessas estrutura é o xilema: uma rede contínua de conduítes com cerca de 100 micrômetros de diâmetro que transporta a água absorvida pelas raízes até as folhas.

Ao perderem água pela transpiração, as folhas geram um tensionamento na coluna de água dentro do xilema. A diferença de pressão entre interior e exterior do conduíte faz com que as moléculas se comportem como elos de uma corrente: quando uma molécula de água evapora, o restante da “corrente” é puxado para cima.

Durante períodos de seca, em que aumenta a transpiração das plantas, a pressão interior dos conduítes pode se tornar muito menor que no exterior. Nessas condições, acontece a formação de bolhas de gases antes dissolvidos na água absorvida ou presentes de tecidos periféricos ao xilema. Esse fenômeno, chamado de embolia, leva à interrupção do transporte de água pelos conduítes.

A embolia e a consequente interrupção do transporte de água deveria ser um acontecimento frequente, mas não é! No entanto, o mecanismo pelo qual as plantas são capazes de evitar a formação de bolhas ainda é um enigma.

Em plantas angiospermas (classe de plantas em que as sementes são envoltas em frutos), uma membrana porosa de celulose com poucas centenas de nanômetros de espessura, chamada de membrana de pontoação, conecta os vasos condutores.

Em situação de restrição hídrica, quando o tensionamento da coluna de água se torna maior, a ocorrência de bolhas também é maior e essas membranas se tornam válvulas de segurança, não permitindo o espalhamento das bolhas entre os conduítes. Em casos mais extremos, bolhas podem atravessar os nanoporos dessa membrana e desencadear a formação de bolhas no conduíte seguinte.

A atividade dessas válvulas parece estar relacionada a composição química das membranas que separam os conduítes. Em princípio, se a membrana é composta por substâncias mais ou menos hidrofílicas, a formação de bolha é dificultada ou facilitada, respectivamente.

Até há pouco tempo, acreditava-se que essas membranas eram simplesmente compostas de celulose, pela aparência em imagens de microscopia eletrônica. E exatamente por seu tamanho reduzido, a composição química dessa membrana não era identificável diretamente por nenhum método disponível.

Figura esquemática da técnica de nanoespectroscopia de infravermelho

Neste contexto, Luciano Pereira, da Universidade de Campinas, e colaboradores [1] utilizaram a linha de luz IR1 de nanoespectroscopia de infravermelho do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) para investigar a composição química das membranas de pontoação com alta resolução espacial.

Com o uso das instalações do LNLS, os pesquisadores puderam identificar nas membranas entre os vasos do xilema da madeira de P. nigra diversos outros compostos, como proteínas e fenóis. Isso demonstra que plantas devem possuir mecanismos muito mais elaborados do que antes se supunha para o controle das bolhas e para o correto funcionamento do transporte de água, dependente da composição das membranas.

Acrescidas do estudo de outros diversos grupos de plantas, as informações obtidas nesta pesquisa podem ser utilizadas no desenvolvimento de novos modelos para o entendimento das razões pelas quais algumas espécies são mais, ou menos, capazes de resistirem à embolia e, portanto, à seca. Assim, segundo os pesquisadores, será também possível selecionar características de resistência à seca em plantas cultivadas, o que pode conferir maior produtividade e menores perdas para a agricultura.

Fonte: [1] Luciano Pereira, Denisele N.A. Flores-Borges, Paulo R.L. Bittencourt, Juliana L.S. Mayer, Eduardo Kiyota, Pedro Araújo, Steven Jansen, Raul O. Freitas, Rafael S. Oliveira, Paulo Mazzafera, Infrared Nanospectroscopy Reveals the Chemical Nature of Pit Membranes in Water-Conducting Cells of the Plant Xylem, Plant Physiology Aug 2018, 177 (4) 1629-1638. DOI: 10.1104/pp.18.00138