Lucas Frungillo
Mestre, doutor em Biologia Funcional e Molecular pela Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) e pós-doutorado no Institute of Molecular Plant Science – University of Edinburgh
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O nitrogênio é um nutriente necessário para a formação de moléculas essenciais à vida, como DNA, vitaminas e proteínas. A principal fonte de nitrogênio para plantas terrestres é o Ãon nitrato (NO3-) presente no solo. Como parte de meu trabalho de doutorado, desvendamos um mecanismo molecular de controle da captação e assimilação de nitrato pelas plantas.
Em plantas, ao longo do processo de assimilação de nitrato é produzido um radical livre chamado de óxido nÃtrico (NO), capaz de regular a atividade de enzimas e genes presentes nas células vegetais. Por anos, a síntese de óxido nÃtrico ao longo do processo de assimilação de nitrato foi considerada, de certa forma, como um “efeito colateral” da assimilação de nitrato.
Em nosso trabalho perguntamos qual seria o significado biológico dessa produção de óxido nÃtrico no metabolismo normal da planta. O que encontramos como resposta foi que o óxido nÃtrico é capaz de inibir a captação do nitrato presente no solo e a assimilação de nitrato nas células vegetais.
O mecanismo de regulação da captação e assimilação de nitrato que desvendamos é um exemplo de feedback negativo. Esse controle representa uma forma de ajuste fino do processo de assimilação de nitrato de acordo com a demanda do metabolismo vegetal.
Como funciona
O nitrato é captado do solo pelo sistema radicular das plantas por meio da ação de transportadores específicos. Ou seja, há proteínas localizadas nas raízes das plantas que são especializadas em capturar o nitrato do solo e transportá-lo para o interior das células. Uma vez no interior das células, o nitrato é metabolizado pelas reações químicas do tipo óxido-redução (reações nas quais há a transferência de elétrons entre as moléculas que reagem).
Essas reações são catalisadas por proteínas (enzimas) chamadas genericamente de redutases. A atividade enzimática dessas redutases é imprescindÃvel, pois sem a ação dessas enzimas as reações de óxido-redução que ocorrem durante o processo de assimilação de nitrato não aconteceriam como necessário para o desenvolvimento do metabolismo vegetal.
No caso do processo de assimilação de nitrato, após a captação do nitrato do solo, a primeira reação que ocorre é a de redução do nitrato a nitrito, a qual é catalisada pela enzima Redutase de Nitrato (NR).
Importante destacar que essa é considerada a etapa limitante no processo de assimilação de nitrato em plantas. De forma geral, o nitrito produzido a partir do nitrato é então transportado para o cloroplasto nas folhas onde, por meio da sequência de reações, seu átomo de nitrogênio é efetivamente incorporado em compostos orgânicos para a formação de aminoácidos.
Essa é a descrição clássica da via de assimilação de nitrato em plantas. De uma forma alternativa, uma pequena parcela do nitrito formado pode dar origem a um radical livre chamado de óxido nÃtrico (NO). Por ser um radical livre, o óxido nÃtrico é altamente reativo e pode controlar a atividade de proteínas e, assim, do metabolismo.
Nós então olhamos para o óxido nÃtrico e perguntamos se ele não teria uma função de controle no processo de assimilação de nitrato. De fato, nossos dados mostram que reações mediadas pelo radical óxido nÃtrico são capazes de inibir a atividade dos transportadores de nitrato presentes nas raízes e de enzimas responsáveis pela redução do nitrato, como a redutase de nitrato.
Dessa forma, o processo de assimilação de nitrato é capaz de se autorregular (inibir), o que constitui um mecanismo de feedback negativo. Em mais detalhes, de forma muito interessante, o óxido nÃtrico é capaz de amplificar o sinal gerado para o controle do processo de assimilação de nitrato (síntese do próprio óxido nÃtrico) pela inibição de uma proteína (enzima) responsável indiretamente por sua degradação.
Para a agricultura
Acreditamos que por técnicas avançadas de engenharia genética poderemos manipular esse mecanismo de controle do processo de assimilação de nitrato em plantas e, assim, produzir variedades vegetais que apresentem maior vigor e produção.
Ainda, nossos resultados indicam que a capacidade de captação do nitrato presente no solo pode ser aumentada pela manipulação genética e bioquímica desse novo mecanismo descrito por nosso grupo de pesquisa. Dessa forma, a expectativa é de, no futuro, gerar plantas que seriam mais eficientes ao utilizar o nitrato disponível no solo e, portanto, racionalizar o uso de fertilizantes.
O que fizemos até agora foi identificar um novo mecanismo de regulação de nitrato em plantas e manipulá-lo geneticamente em um ponto específico. Porém, outros pontos chave na regulação da assimilação de nitrato em plantas foram identificados ao longo do meu doutorado.
Esses são potenciais alvos para manipulação genética e geração de variedades de cultivo que apresentem maior eficiência de assimilação de nitrato e, consequentemente, maior produção.
