Proteína RAK1 no musgo Physcomitrium patens é essencial para a mudança de crescimento plano para ereto

Os cientistas passaram décadas a cartografar os genes que indicam às células das plantas quando devem crescer - e de que forma.

A explicação mais comum é bastante arrumada: ao activar os genes certos, a célula muda de rumo; ao desactivá-los, mantém-se como está.

Um novo estudo com musgos identificou, porém, uma proteína até aqui desconhecida que o modelo centrado apenas nos genes não conseguia justificar.

Na ausência dessa proteína, as células deixam de conseguir fazer a viragem do crescimento rasteiro para o crescimento vertical, independentemente dos genes que estejam ligados.

Um começo verde e plano

O musgo é um dos grupos mais antigos de plantas terrestres ainda existentes. Os seus antepassados saíram da água há centenas de milhões de anos e, em certa medida, o musgo conserva comportamentos dessa origem aquática.

Numa das fases do seu ciclo de vida, o musgo desenvolve-se em filamentos achatados que se estendem pela superfície, com divisões celulares em apenas duas direcções. Nada se eleva: a planta limita-se a alargar-se, cobrindo progressivamente mais solo.

Investigadores da Universidade de Copenhaga (UCPH) têm vindo a estudar esta passagem do crescimento plano para o crescimento ereto.

A equipa observou o processo num musgo chamado Physcomitrium patens, há muito utilizado como modelo para representar as primeiras plantas terrestres. O professor Eleazar Rodriguez ajudou a liderar o trabalho.

Um salto para cima

Há cerca de 470 milhões de anos, as primeiras plantas em terra firme ganharam uma nova capacidade de desenvolvimento.

Em vez de se dividirem apenas lateralmente, passaram a conseguir dividir-se em múltiplas direcções, formando tecidos capazes de subir e ramificar.

No musgo, os filamentos planos deixam de se alongar e dão origem a pequenos gomos - aglomerados de células que se dividem em vários planos ao mesmo tempo e empurram o crescimento para cima, formando rebentos com folhas.

Os cientistas já tinham identificado várias proteínas necessárias a esta transição, e estudos anteriores mostraram que a perda de uma delas pode bloquear por completo a formação desses gomos.

O que permanecia pouco claro era a razão pela qual uma célula que cresce de forma plana começa, em primeiro lugar, a construir para cima.

Uma proteína invisível

Ao analisarem as proteínas do musgo, os investigadores encontraram uma que não encaixava em nada do catálogo habitual.

Deram-lhe o nome RAK1, e a sua estranheza estava na própria estrutura: era quase duas vezes maior do que as proteínas de sinalização a que se assemelhava.

A RAK1 funciona como duas ferramentas reunidas numa só. Uma parte transmite sinais no interior da célula, à semelhança de muitas outras proteínas.

A outra parte acrescenta pequenas marcas químicas a proteínas próximas, alterando discretamente a forma como estas se comportam.

Não foi encontrada noutra parte do reino das plantas nada exactamente igual. Em muitas espécies, estas duas partes existem separadamente.

Apenas nos musgos e num parente próximo surgem fundidas numa única proteína. Não se sabe ao certo quando ocorreu essa fusão.

Desligar a proteína

Para perceberem a função da RAK1, os investigadores criaram uma versão do musgo sem esta proteína e cultivaram-na ao lado de musgo normal.

A diferença tornou-se visível ao microscópio em poucas semanas, quando a professora Cloe De Luxan Hernandez comparou os dois lado a lado.

Formaram-se muito menos gomos verticais e, entre os que surgiram, muitos desenvolveram-se de forma assimétrica e com defeitos.

“RAK1 poderá ter sido crucial para permitir que o musgo cresça de forma eficiente”, disse Hernandez.

Sem a proteína, as plantas recuaram para um padrão de crescimento mais rasteiro, espalhando-se mais para os lados em vez de se elevarem.

Os genes não chegam

Até aqui, a explicação dominante para esta mudança apoiava-se quase por completo nos genes.

A ideia prevalecente era que o musgo liga e desliga genes específicos, e investigação recente já tinha mapeado alguns desses interruptores com detalhe.

Os investigadores em Copenhaga concluíram que os genes, por si só, não contam a história toda. Mesmo com os genes certos activos, o musgo sem RAK1 continuou incapaz de formar gomos adequados.

Parece que a proteína condiciona o tipo de química celular de que as células estaminais precisam para impulsionar o crescimento para cima. Rodriguez descreveu-a como um acrescento ao modelo antigo, não como um substituto.

Ligar e desligar genes define o plano, mas a química interna da célula tem de acompanhar antes de o crescimento vertical arrancar. Até agora, ninguém tinha ligado esse lado químico à transição.

Uma pista sobre a evolução

A própria origem da RAK1 oferece uma janela para a forma como a evolução das plantas pode funcionar.

Em vez de criarem uma ferramenta totalmente nova, os antepassados do musgo pegaram em duas proteínas já existentes e juntaram-nas numa só.

Manter as duas metades unidas poderá dar à célula uma forma rápida de executar dois trabalhos em simultâneo, conectando os sinais que recebe às alterações que faz de seguida.

Um lado capta sinais; o outro lado reage a esses sinais. Grande parte desse trabalho químico incide sobre o fornecimento de energia da célula - a mesma maquinaria que sustenta o crescimento e a divisão.

Ao influenciar esse abastecimento energético, a RAK1 parece ajudar a determinar se a célula permanece plana ou se começa a crescer para cima.

O que isto pode mudar

A mensagem central é inequívoca: uma única proteína, formada a partir de duas mais antigas e existente apenas em musgos, é necessária para a antiga passagem do crescimento plano para o crescimento ereto.

O estudo também indica que a transição depende de mais do que a simples activação de genes. Isto levanta questões sobre a forma como as células de qualquer organismo decidem aquilo em que se vão tornar.

As células estaminais do musgo, tal como as nossas, dependem de um metabolismo celular rigidamente regulado, e os cientistas podem agora procurar proteínas semelhantes noutros organismos.

A perspectiva mais ampla alcança as florestas e os jardins à nossa volta. Cada tronco, caule e ramo na paisagem remonta ao momento em que as células das plantas aprenderam, pela primeira vez, a construir em três dimensões.

Um musgo minúsculo - e uma proteína invulgar no seu interior - ajudam a explicar como esse começo foi possível.