Descoberta proteína envolvida na resistência do milho à seca

Presente no mecanismo de resposta à invasão por fungos e ao estresse hídrico e térmico, DRIK1, como foi nomeada, pode ajudar no desenvolvimento de variedades de plantas e de produtos que diminuam perda de produtividade relacionada a mudanças climáticas

André Julião | Agência FAPESP – Um grupo de pesquisadores do Centro de Pesquisa em Genômica Aplicada às Mudanças Climáticas (GCCRC) descobriu uma proteína envolvida na resposta do milho à seca, ao aumento de temperatura e à invasão por fungos.

O achado abre caminho para o desenvolvimento de plantas mais resistentes e de produtos que diminuam as perdas na produção, no momento em que as mudanças climáticas globais ameaçam a produtividade das lavouras no mundo. O artigo foi publicado na BMC Plant Biology.

O GCCRC é um Centro de Pesquisa em Engenharia (CPE) constituído pela FAPESP e pela Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa) na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp).

A nova proteína foi nomeada DRIK1 (quinase inativa responsiva à seca 1, na sigla em inglês). Os pesquisadores encontraram ainda uma molécula sintética que se liga a ela, possibilitando que, futuramente, possam ser produzidas plantas que tenham a atividade da proteína naturalmente reduzida ou mesmo desenvolvidos produtos capazes de inibir a sua ação.

“É uma proteína que, em condições normais, controla mecanismos de desenvolvimento da planta e inibe os genes de resposta ao estresse. Quando ocorre uma seca ou um ataque por patógenos, os níveis da proteína são diminuídos e o milho desencadeia a resposta necessária para controlar os efeitos da seca, do calor ou do ataque de patógenos”, explica Paulo Arruda, professor do Instituto de Biologia (IB) da Unicamp e coordenador do GCCRC.

Para chegar à molécula que se liga à proteína, os pesquisadores utilizaram a plataforma desenvolvida no Centro de Química Medicinal (CQMED), outro centro coordenado por Arruda e voltado para a descoberta de alvos moleculares para fármacos, também com apoio da FAPESP.

“No CQMED temos uma plataforma para fazer buscas em bibliotecas de pequenas moléculas, a fim de encontrar inibidores para proteínas específicas. Na saúde humana, isso é importante para desenvolver um novo medicamento que inibe uma proteína quinase envolvida em uma doença, por exemplo. Usamos a mesma plataforma para identificar uma molécula que se liga na proteína quinase da planta e agora podemos estudar como funciona o mecanismo de resposta à seca em que ela está envolvida”, diz Arruda.

Os pesquisadores fizeram uma varredura em uma biblioteca com 378 compostos que poderiam se ligar à proteína DRIK1 e identificaram uma molécula sintética, denominada ENMD-2076, com essa capacidade. A ideia dos pesquisadores é modificar esse composto de forma que ele possa modular a DRIK1, aumentando ou diminuindo a sua expressão no organismo da planta.

O trabalho teve ainda como autores Bruno Aquino, que realizou estágio de pós-doutorado com bolsa da FAPESP no IB-Unicamp; Viviane Cristina Heinzen da Silva, que atualmente realiza estágio de pós-doutorado no Centro de Biologia Molecular e Engenharia Genética (CBMEG) da Unicamp, e Katlin Brauer Massirer, coordenadora do CQMED ao lado de Arruda. "Os projetos estão inseridos no INCT 2014: Centro de Química Medicinal de Acesso Aberto, também financiado pela FAPESP."

Resposta à seca

Para encontrar a proteína DRIK1, os pesquisadores buscaram, em um banco de dados público, genes relacionados com a resposta à seca em plantas. Um plantio de milho foi realizado em estufa por 15 dias e uma parte das plantas foi regada normalmente durante esse período. A outra parte foi dividida em três grupos, que ficaram 9, 12 ou 14 dias sem irrigação.

Amostras de folhas e raízes tiveram o RNA sequenciado. Os pesquisadores observaram que as plantas submetidas à seca têm uma expressão reduzida da DRIK1, mas os níveis voltam ao normal quando a planta é reidratada.

Informações colhidas no mesmo banco de dados onde foi identificada a família de proteínas à qual a DRIK1 pertence mostraram, ainda, que provavelmente ela tem o mesmo padrão de atividade quando há aumento na temperatura e durante o ataque de pelo menos dois fungos diferentes.

Os pesquisadores analisaram ainda a estrutura tridimensional da proteína e mapearam regiões potencialmente importantes para a função de resposta aos estímulos gerados pelo estresse. Essas regiões, futuramente, podem servir como alvo para compostos que modulem a função da proteína.

O grupo trabalha agora na produção de plantas com o gene que expressa a DRIK1 alterado. A expectativa é obter, futuramente, variedades mais resistentes à seca, como algumas que tenham uma expressão diminuída da proteína e que respondam mais rápido à falta de água, por exemplo.

“Se conseguirmos uma variedade que, durante uma seca, resista um pouco mais do que as outras, será como ter um seguro genético. Perdas sempre haverá, mas, se for possível diminuí-las, isso já significa toneladas de alimentos sendo salvas”, afirma Arruda.

O artigo Crystal structure of DRIK1, a stress-responsive receptor-like pseudokinase, reveals the molecular basis for the absence of ATP binding (doi: 10.1186/s12870-020-2328-3), de Bruno Aquino, Viviane C. H. da Silva, Katlin B. Massirer e Paulo Arruda, pode ser lido em: https://bmcplantbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12870-020-2328-3.