Pesquisadores desvendam mecanismo da fertilização das plantas

Descoberta revela como a célula do pólen cresce para alcançar os óvulos nas flores e abre caminho tanto para o melhoramento de culturas alimentícias como para a compreensão do crescimento de fungos e neurônios

André Julião | Agência FAPESP – Um grupo internacional de pesquisadores desvendou o mecanismo pelo qual a célula que cresce do pólen, chamada de tubo polínico, aumenta em até mil vezes de tamanho para alcançar os óvulos das flores. O crescimento depende da entrada e saída de prótons, que gera uma atividade elétrica na membrana da célula que a faz crescer. A descoberta abre caminho para compreender desde a produção de sementes nas plantas até o crescimento de fungos e neurônios.

O trabalho, apoiado pela FAPESP, foi publicado na Nature Communications por pesquisadores do Brasil, Dinamarca, Portugal e Estados Unidos.

“Um grão de pólen é constituído de uma única célula. Quando ela entra em contato com o órgão sexual feminino na superfície da flor, ela cresce numa taxa muitíssimo elevada, formando o que chamamos de tubo polínico, até alcançar a base do ovário da flor e despejar as células espermáticas. Como isso acontecia era algo muito pouco compreendido até então”, explica Maria Teresa Portes, que realizou a pesquisa durante o seu pós-doutorado na Universidade de Maryland, nos Estados Unidos.

O crescimento do tubo polínico sempre intrigou pesquisadores por conta da sua taxa de crescimento de até mil vezes em relação ao tamanho original, a maior registrada em seres vivos. A espécie usada no estudo foi a Arabidopsis thaliana, herbácea nativa da Europa e Ásia bastante utilizada como modelo experimental em pesquisas. Da mesma família da mostarda, seu tubo polínico cresce até três milímetros por dia.

Em laboratório, os pesquisadores produziram variedades mutantes da planta, em que alguns genes são modificados, e descobriram que a inativação de três genes ao mesmo tempo, de um grupo conhecido como AHA, faz com que o tubo polínico cresça muito pouco.

Nas plantas mutantes, apenas os óvulos mais próximos da superfície foram fecundados, fazendo com que produzissem o equivalente a apenas 5% das sementes que a planta normal produz.

Utilizando uma série de experimentos, os pesquisadores observaram que as proteínas expressas por esses genes funcionam como “bombas de prótons”, colocando ou retirando essas partículas elétricas do ambiente e tornando o tubo polínico mais ou menos ácido. A consequência é a geração de uma atividade elétrica na membrana da célula, que faz com que ela cresça em direção ao fundo do ovário da flor.

“Queríamos entender como a célula consegue organizar esse processo de crescimento. Então observamos que existe um gradiente iônico, em que a distribuição de prótons não é homogênea. Há mais deles na ponta do tubo e menos ao longo do corpo celular. Além disso, há gradientes de outros elementos, como cálcio e actina”, diz Daniel Santa Cruz Damineli, outro coautor do estudo, que realiza estágio de pós-doutorado na Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (FM-USP) com bolsa da FAPESP.

De sementes a neurônios

Dentre as possíveis aplicações, o estudo abre caminho para uma compreensão mais aprofundada de como ocorre a produção de sementes. Com isso, em teoria, futuramente se poderia criar variedades melhoradas de plantas que servem de alimento, como leguminosas e cereais.

“Não é totalmente sabido como o tubo polínico se guia e como ocorre a comunicação entre macho e fêmea nas plantas. Por isso, esse é um grande tópico de estudo, que culmina na produção de sementes. O desenvolvimento das plantas necessariamente passa por esse mecanismo, que agora estamos começando a entender melhor”, diz Portes.

De forma mais ampla, no entanto, a descoberta traz evidências para a compreensão de outras células que têm o chamado crescimento apical (na ponta), como fungos e neurônios, que é comprometido em células de câncer.

“São fenômenos biologicamente pouco compreendidos, no sentido de como ocorre a orquestração do crescimento. Agora podemos estudá-los melhor”, diz Damineli.

O artigo Plasma membrane H+-ATPases sustain pollen tube growth and fertilization pode ser lido em: www.nature.com/articles/s41467-020-16253-1.