Cientistas podem ter elucidado a evolução das plantas terrestres

Uma teoria há muito tempo proposta e sendo testada defende que a emergência das plantas terrestres só poderia ser possível a partir de simbiose com fungos, onde esses organismos trocam recursos de forma mútua visando uma relação benéfica para ambos. Agora, em um estudo publicado no periódico Science (Ref.1), um time internacional de cientistas analisou uma espécie de hepática (plantas briófitas do clado Marchantiophyta similares aos musgos) e conseguiu demonstrar que uma transferência de lipídeos ocorre entre essa planta e seu fungo simbionte de forma similar ao que já é conhecido de existir em plantas com caule e raízes (plantas vasculares). O achado, nesse sentido, fortemente suporta a teoria simbiótica sobre a origem das plantas terrestres, onde troca de lipídios orientou a evolução de mutualismo durante o processo de terrestrialização.

- Continua após o anúncio -

Há cerca de 450 milhões de anos, um evento crucial e marcante na história evolutiva da Terra ocorreu: a terrestrialização das plantas (Reino Plantae). Atuais plantas verdes (Viridiplantae) podem ser subdivididas em duas linhagens, Chlorophyta (maioria das algas verdes) e Streptophyta (plantas terrestres, conhecidas como embriófitas, e seus parentes evolutivos mais próximos, um grupo coletivamente conhecido como 'algas estreptófitas'). As embriófitas e as algas estreptófitas são unidas em um mesmo grupo pela presença do fragmoplasto, uma rede de microtúbulos perpendiculares à divisão do plano celular que atua na formação da parede celular nascente.

Descendentes das plantas aquáticas (algas) evoluíram e eventualmente começaram a aparecer em ambiente terrestre seco. Essas novas espécies terrestrializadas tinham agora que lidar com um aumento da exposição à luz ultravioleta, dessecação e nutrientes menos acessíveis. Nesse contexto, existe hoje forte evidência acumulada que adaptação aos habitats subaéreos/terrestres é uma característica de algas estreptófitas, devido ao fato dessas plantas existirem dualmente em água doce e em ambiente terrestre/subaéreos.  

E, de fato, estudos genômicos e transcriptômicos nos últimos anos têm mostrado que as informações genéticas necessárias para a vida terrestre já estavam pressentes nessas algas (Ref.2-3). Homólogos de genes uma vez pensados restritos às embriófitas têm sido detectados em algas estreptófitas. Exemplos incluem aqueles envolvidos em interações simbióticas ou patogênicas com microrganismos no solo, sinalização de fito-hormônios, estresse/dissecação, sinalização retrógrada de plastídeo/núcleo e metabolismo associado à parede celular.

No caso das interações simbióticas com microrganismos, simbiose com fungos arbusculares micorrizais (FAM) - hoje existindo pelo menos 312 espécies descritas (Ref.4) - melhoram de forma mais do que significativa a nutrição, crescimento e produtividade na maioria das plantas terrestres, sugerindo que a colonização terrestre das plantas foi facilitada pela interação ecológica entre esses dois tipos de organismos. Na década de 1980, o estudo de fósseis trouxe evidência desse cenário como decisivo para a origem da vegetação terrestre, e estudos genéticos revelaram a existência de genes que são essenciais para o funcionamento adequado dessa simbiose, particularmente em plantas vasculares (onde a relação simbiótica é altamente conservada).

- Continua após o anúncio -

No novo estudo, os pesquisadores analisaram metabolicamente e geneticamente a espécie de briófita hepática Marchantia paleacea, para a qual seu genótipo não havia ainda sido investigado. Usando a ferramenta de edição genética CRISPR-Cas9, eles modificaram um gene predito de ser essencial para a simbiose da M. paleacea com fungos FAM, e associado a uma resposta transcriptômica conservada entre plantas terrestres, incluindo ativação do metabolismo lipídico. Nesse último ponto, o fator de transcrição suprimido pelos pesquisadores (WRINKLED) está envolvido na regulação do metabolismo e do transporte de lipídios nas células da M. paleacea, permitindo a transferência de importantes compostos carbônicos da planta fotossintética hospedeira na forma de ácidos graxos como um material de construção e fonte de energia para a parceria simbiótica fúngica (geralmente com fungos do gênero Rhizophagus). 

-----------

BRIÓFITAS: As briófitas - grupo que engloba os musgos (Musci) - são embriófitas avasculares e representam as plantas terrestres mais próximas do ancestral comum com as algas estreptófitas. Por serem plantas avasculares, o transporte de nutrientes é feito por difusão, o que implica que este grupo de plantas possui reduzidas dimensões, geralmente de 2-20 mm de espessura, com plantas individuais raramente atingindo os 10 cm de comprimento.

-----------

Assim como em plantas vasculares, a interrupção da troca de lipídios entre a M. paleacea e os fungos associados levou a uma falha no estabelecimento da relação simbiótica. Isso porque os arbúsculos - estruturas de troca de nutrientes - não foram formados entre os simbiontes. Considerando que essa biossíntese localizada de lipídeos não ocorre em algas, os resultados do estudo apontam, portanto, que o ancestral comum entre as hepáticas e as plantas vasculares, o qual colonizou o ambiente terrestre seco há mais de 410 milhões de anos, deve ter crucialmente trocado lipídios com fungos, como as plantas terrestres modernas ainda o fazem, em uma relação ausente nos ancestrais aquáticos (algas) e essencial para a conquista do ambiente fora da água.

REFERÊNCIAS

1. https://science.sciencemag.org/content/372/6544/864 
2. https://www.nature.com/articles/s41477-019-0560-3 
3. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867418308018
4. https://journals.sagepub.com/doi/pdf/10.1177/1934578X1601100232 
5. https://journals.sagepub.com/doi/pdf/10.1177/1934578X1601100232
6. https://portal.uni-koeln.de/en/universitaet/aktuell/press-releases/single-news/a-plant-fungus-partnership-is-at-the-origin-of-terrestrial-vegetation