Cientistas do Instituto Whitehead, afiliado ao Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), criaram um detalhado mapa de expressão gênica do desenvolvimento de sementes na planta Arabidopsis thaliana. Esta descoberta, publicada na revista Nature Plants, oferece novas pistas sobre como as plantas coordenam processos biológicos cruciais para traits agronomicamente significativos, incluindo tamanho da semente e armazenamento de nutrientes.
O mapa, também conhecido como atlas transcricional, mostra quais genes são ativados ou desativados em diferentes tipos celulares à medida que a semente se desenvolve. Genes ativos produzem RNA mensageiro (mRNA) que guia a produção de proteínas necessárias para processos celulares.
Caroline Martin, autora principal do estudo e estudante de pós-graduação no Laboratório Gehring, destacou a importância fundamental das sementes para sustentar a vida humana. Este atlas fornece um framework que permite aos pesquisadores fazerem perguntas mais precisas sobre como as sementes se desenvolvem.
Diferente de atlas anteriores de Arabidopsis, que não distinguiam muitos tipos celulares devido a limitações tecnológicas, o novo atlas oferece uma visão mais completa e de maior resolução do desenvolvimento da semente. Os pesquisadores capturaram o desenvolvimento da semente em três momentos precisamente cronometrados após a polinização.
Usando este conjunto de dados, eles identificaram onde os genes que regulam o crescimento e o armazenamento de nutrientes das sementes estão ativos. Os pesquisadores encontraram um pequeno grupo de células próximas ao embrião da planta que ativam genes envolvidos na produção de brassinosteroides, hormonas vegetais que regulam o crescimento.
Os novos dados mostram que essas células produtoras de hormônios estão localizadas diretamente ao lado de células no endosperma que podem responder ao hormônio. Essa disposição sugere que os dois tipos celulares podem trabalhar juntos para ajudar a afinar o tamanho da semente.
O atlas também revelou que o endosperma, que nutre o embrião durante o desenvolvimento e posteriormente se torna a porção comestível de muitas culturas básicas, contém muito mais tipos celulares especializados do que anteriormente entendido. A equipe identificou uma pequena população de células ‘fundadoras’ que podem ajudar a estabelecer uma região-chave do endosperma.
Como a quantidade e o timing dos recursos fornecidos pela planta mãe determinam quanto energia a semente pode armazenar, essa região do endosperma ajuda a moldar o perfil nutricional da semente. Essas reservas — óleos, amidos e proteínas — são essenciais tanto para o desenvolvimento da semente quanto para a nutrição humana.
Mary Gehring, professora de biologia do MIT e investigadora do Instituto Médico Howard Hughes (HHMI), destacou que o preenchimento de sementes em muitas culturas é vulnerável ao estresse térmico. Para resolver as crises humanitárias da insegurança alimentar e da desnutrição, é necessário entender, em nível fundamental, como as sementes de diferentes culturas se formam.
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