Uma equipa de cientistas do Boyce Thompson Institute, da Cornell University e da University of Edinburgh revelou um truque molecular presente em hornworts, um grupo único de plantas terrestres, que poderá aumentar drasticamente a eficiência fotossintética de culturas como o trigo e o arroz.
O estudo centra-se na Rubisco, a enzima responsável por captar dióxido de carbono durante a fotossíntese, conhecida por ser lenta e frequentemente reagir de forma incorreta com oxigénio, limitando o crescimento das plantas.
“Rubisco é, provavelmente, a enzima mais importante do planeta, pois é a porta de entrada de quase todo o carbono nos alimentos que consumimos”, explica Fay-Wei Li, co-líder do estudo. “Mas é lenta e facilmente distraída pelo oxigénio, desperdiçando energia e limitando a eficiência das plantas.”
Alguns organismos, como muitas algas, desenvolveram uma solução engenhosa: concentram a Rubisco em pequenas estruturas chamadas pirenoides, que aumentam a eficiência da enzima. Até agora, transferir este mecanismo para plantas cultivadas revelou-se extremamente difícil.
O avanço surgiu ao estudar os hornworts, as únicas plantas terrestres conhecidas por possuir compartimentos de concentração de CO₂ semelhantes aos das algas. Por partilharem uma história evolutiva mais recente com culturas agrícolas, os cientistas suspeitaram que o mecanismo molecular dos hornworts poderia ser transferido com mais facilidade. E descobriram algo inesperado. “Pensámos que os hornworts usariam algo semelhante ao das algas, uma proteína separada que agrupa a Rubisco”, afirma Tanner Robison, coautor do estudo. “Em vez disso, verificámos que modificaram a própria Rubisco para desempenhar essa função.”
A chave é uma proteína pouco comum, denominada RbcS-STAR. Esta versão da subunidade pequena da Rubisco inclui uma cauda extra que funciona como velcro molecular, fazendo com que as enzimas se agrupem. Experiências demonstraram que a STAR consegue induzir a formação de estruturas semelhantes a pirenoides noutros hornworts e até em Arabidopsis, uma planta modelo em laboratório.
“A STAR é uma ferramenta modular que pode funcionar em diferentes sistemas vegetais”, acrescenta Alistair McCormick, co-líder do estudo. Esta capacidade de transferência é crucial, pois sugere que é possível otimizar a Rubisco em culturas agrícolas introduzindo apenas esta “cauda molecular”, sem precisar de replicar toda a maquinaria das algas.
Apesar do avanço, os investigadores alertam que ainda existem desafios, como o desenvolvimento de mecanismos que conduzam CO₂ para a Rubisco. “Construímos a casa da Rubisco, mas não será eficiente sem atualizar o sistema de ventilação”, explica Laura Gunn. A equipa está agora a trabalhar nessa etapa.
O estudo, publicado na revista Science, representa um passo significativo na melhoria da eficiência fotossintética, podendo aumentar a produtividade agrícola e reduzir o impacto ambiental, contribuindo para sistemas alimentares mais sustentáveis.
“Esta investigação mostra que a natureza já testou soluções que podemos aprender a aplicar onde são mais necessárias – nas culturas que alimentam o mundo”, conclui Fay-Wei Li.
Leia o estudo, em inglês, no site da Boyce Thompson Institute.
O artigo foi publicado originalmente em CiB – Centro de Informação de Biotecnologia.
