Pesquisadores identificam peptídeos para o crescimento do tubo polínico no arroz

Jul 11, 2023

10 de agosto de 2023

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pela Universidade Nacional de Pusan

A fertilização dupla é um mecanismo complexo em plantas com flores, em que dois espermatozóides se fundem com o saco embrionário. Para conseguir isso, o pólen liberado das anteras deve interagir com o estigma da planta, hidratar-se e germinar em tubos polínicos. Assim, a germinação e o alongamento do tubo polínico são cruciais para a fertilização dupla, que, por sua vez, influencia o rendimento de grãos das plantas cultivadas.

O processo de fertilização requer hormônios peptídicos chamados fatores de alcalinização rápida (RALFs), que estão envolvidos na transdução de sinal. Estudos demonstraram que os RALFs desempenham um papel importante no crescimento do tubo polínico. No entanto, seu papel em plantas monocotiledôneas como o arroz permanece inexplorado.

Agora, uma equipe de pesquisadores da Coreia, liderada pelo professor assistente Yu-Jin Kim do Departamento de Ciências da Vida e Bioquímica Ambiental da Universidade Nacional de Pusan, incluindo o estudante de doutorado Eui-Jung Kim da Universidade Kyung Hee, identificou e caracterizou dois peptídeos RALF em arroz (Oryza sativa). A pesquisa deles foi disponibilizada online no Journal of Integrative Plant Biology.

A equipe analisou sequências de proteínas do banco de dados do Rice Genome Annotation Project e identificou 41 genes RALF. Entre eles, OsRALF17 e OsRALF19 foram expressos em grandes quantidades no pólen e nos tubos polínicos, especificamente. Os pesquisadores caracterizaram seus peptídeos correspondentes usando múltiplas repetições palindrômicas regularmente interespaçadas agrupadas (CRISPR)/sistema de proteína 9 associada a CRISPR (Cas9).

Eles geraram mutantes knockout nos quais um ou ambos os genes RALF específicos do pólen não foram expressos. A falta de expressão de OsRALF17 e OsRALF19 causou esterilidade masculina quase total no arroz com defeitos na hidratação do pólen, germinação e crescimento do tubo, indicando sua importância crítica na reprodução masculina e na produção de sementes. Curiosamente, quando os peptídeos sintéticos OsRALF17 e OsRALF19 foram aplicados exogenamente aos mutantes knockout, eles reverteram alguns de seus defeitos de fertilidade.

Explicando as aplicações dos RALFs na vida real, o Dr. Kim diz: "Os peptídeos RALF podem controlar a fertilização nas plantas, agindo como hormônios químicos naturais e biocontroladores".

Para testar o potencial dos OsRALFs exógenos como biocontroladores, a equipe adicionou os dois peptídeos em baixas concentrações a plantas normais de arroz, o que aumentou o alongamento do tubo polínico. Além disso, o efeito parecia ser dependente da dose porque os OsRALFs inibiram a germinação e o crescimento do tubo polínico em concentrações mais elevadas. Portanto, OsRALFs poderiam controlar o equilíbrio do crescimento do tubo.

Por último, os pesquisadores realizaram experimentos transcriptômicos e proteômicos para compreender o mecanismo de ação do OsRALF17 e OsRALF19. Eles descobriram que ambos os peptídeos se ligam a um receptor de proteína chamado Oryza sativa com defeito na transferência de genes masculinos 2 (OsMTD2) e transmitem sinais através de espécies reativas de oxigênio, o que facilita a germinação do tubo polínico e mantém a integridade do arroz.

Este estudo fornece novos insights sobre o papel dos RALFs e OsMTD2 na fertilização de plantas de arroz, beneficiando potencialmente a agricultura. "O arroz é uma das culturas alimentares mais importantes e as alterações climáticas globais necessitam de novos recursos genéticos e cultivares para uma melhor produção agrícola. Como o desenvolvimento de novas cultivares requer linhas masculinas estéreis, o controlo da fertilidade masculina através de péptidos RALF ou linhas mutantes RALF pode ser útil para Além disso, recursos genéticos úteis do arroz poderiam ser aplicados a outras plantas agrícolas", conclui o Dr. Kim.