você já ouviu pessoas falando sobre aquecimento global e mudanças climáticas? Você sabe o que esses termos significam? Esses termos basicamente implicam que a terra está ficando mais quente a cada ano. Essas temperaturas mais altas levam a padrões climáticos inesperados e incomuns. Um desses padrões climáticos extremos são secas frequentes e severas. Secas são períodos secos muito longos sem chuva. O que significam secas severas para as plantas? Bem, as plantas são sésseis, o que significa que ficam em um só lugar e não podem se mover como podemos. Eles não podem puxar suas raízes e se mudar para um local sombrio ou úmido. Portanto, as plantas de alguma forma precisam lidar com essas condições cada vez maiores de seca, ou simplesmente morrerão. Lembre-se, as plantas são o nosso alimento. Comemos plantas cruas ou cozidas (aqueles vegetais que sua mãe insiste que você coma!) ou processado, como sua caixa favorita de cereais de café da manhã . Então, se as plantas morrerem por causa das Secas, não teremos comida suficiente para comer!

se não houver água por perto, o que as plantas podem fazer para sobreviver? Surpreendentemente, todas as plantas parecem ter uma série de genes para estratégias de defesa da seca codificados em seu DNA. Os Genes são pequenas seções do DNA, como capítulos de um livro. Como eles usam esses genes determina sua capacidade de sobreviver à seca.

algumas plantas são resistentes à seca. Quando falamos de plantas resistentes à seca, queremos dizer plantas que podem suportar condições secas sem Morrer. Uma planta resistente à seca pode sobreviver à seca usando três estratégias de defesa: escapar, evitar ou tolerar a perda de água . Plantas tolerantes à seca são bastante raras na natureza e podem suportar longos períodos sem água. Algumas das plantas mais espetaculares tolerantes à seca são chamadas de plantas da Ressurreição. As plantas da Ressurreição são capazes de sobreviver por longos períodos (até 3 anos!) sem água. No entanto, dê-lhes um pouco de água e eles voltarão à vida em um ou dois dias. Outras plantas resistentes à seca podem não ser tão espetaculares, mas também podem sobreviver a curtos períodos de seca usando técnicas especiais e estratégias de defesa.

algumas plantas têm estruturas especiais que as ajudam a sobreviver em condições de seca

algumas plantas são capazes de sobreviver a secas por causa de suas estruturas únicas. Essas características estruturais incluem a armadura externa das plantas que as protege contra a perda de água, bem como ferramentas para ajudar as plantas a absorver e armazenar água. Plantas resistentes à seca podem ser especialmente adaptadas para viver e sobreviver em ambientes muito secos. Essas plantas geralmente parecem bastante diferentes das plantas que vivem em áreas onde a água está facilmente disponível. As plantas resistentes à seca normalmente têm “evitação” especial (uma das adaptações de defesa!) características para garantir que menos água seja perdida para o meio ambiente ou que mais água seja absorvida e armazenada na planta. Plantas chamadas suculentas do deserto são um bom exemplo de plantas que têm estratégias de prevenção da seca . As suculentas do deserto têm folhas carnudas grossas, que muitas vezes não se assemelham a folhas, e têm uma espessa camada cerosa para evitar a perda de água. As suculentas do deserto também possuem extensos sistemas radiculares que buscam água sob o solo seco do deserto (Figura 1). Algumas suculentas têm raízes especializadas que formam grandes estruturas de bulbo, que na verdade são reservatórios de água subterrâneos para a planta. Essas plantas podem sobreviver a anos de seca usando a água armazenada em seus bulbos.

A maior parte da água que uma planta perde é perdida devido a um processo natural chamado transpiração. As plantas têm pequenos poros (buracos ou aberturas) na parte inferior de suas folhas, chamados estômatos. As plantas absorvem água através de suas raízes e liberam água como vapor no ar através desses estômatos. Para sobreviver em condições de seca, as plantas precisam diminuir a transpiração para limitar sua perda de água. Algumas plantas que vivem em condições secas evoluíram para ter folhas menores e, portanto, menos estômatos. Exemplos extremos são plantas com folhas que se assemelham a espinhos pontiagudos. Algumas plantas também podem perder completamente suas folhas em uma seca, para evitar a perda de água. A regra básica é que menos folhas significam menos perda de água através da transpiração. Essas adaptações extremas de folhas também podem proteger as plantas de pássaros e animais famintos e sedentos (Figura 1). Você certamente não gostaria de ter uma refeição espinhosa!

algumas adaptações são bastante inteligentes e envolvem plantas “escapando” da seca como sementes (lembre-se, escapar é outra estratégia de defesa). As sementes sobrevivem durante os períodos de seca e germinam muito rapidamente (brotam), crescem e produzem mais sementes quando as chuvas caem. Essas sementes são então espalhadas e também podem sobreviver a condições extremas e severas por longos períodos de tempo. Olhando atentamente para os solos do deserto, você encontrará muitas sementes por aí, apenas esperando pela chuva antes de germinar novamente.

algumas plantas também possuem defesas internas contra a seca

além de estruturas especiais, as plantas também possuem defesas internas para protegê-las contra a escassez de água. Quando uma planta experimenta condições de seca, algumas reações acontecerão rapidamente dentro da planta para ajudar a planta com o estresse da seca. Essas reações que ocorrem na planta são muitas vezes bastante complexas e sofisticadas. Nós lhe daremos alguns exemplos.

as plantas ainda precisam realizar a fotossíntese durante a seca

as plantas são verdes porque contêm um produto químico verde chamado Clorofila. A clorofila é embalada em estruturas especiais chamadas cloroplastos, que são as fábricas de energia das plantas. Juntamente com água e dióxido de carbono (CO2), a clorofila usa a luz solar para criar açúcares. Esses açúcares permitem que a planta cresça e floresça. Este é o processo de fotossíntese e está ligado à disponibilidade de água.Quando não há muita água no solo da planta, o processo de fotossíntese acontecerá um pouco diferente e resultará no acúmulo de produtos químicos prejudiciais chamados radicais livres. Isso significa que as plantas precisam controlar cuidadosamente como usam a energia do sol. Durante a fotossíntese, o CO2 deve entrar na planta através de seus estômatos (os pequenos poros mencionados anteriormente). Mas lembre-se, estômatos abertos significam que a água será perdida através da transpiração! Assim, a planta se depara com o difícil problema de garantir que tenha água suficiente e também CO2 suficiente para que ocorra a fotossíntese. Para fazer isso, as plantas usam um “gerente” chamado ácido abscísico (ABA).

quando uma planta experimenta uma escassez de água, ABA é rapidamente produzida e transportada para os estômatos. Nos estômatos, ABA controla como os estômatos abrem e fecham, manipulando algo chamado pressão turgora (Figura 2) . A pressão do Turgor é a pressão aplicada na parede da célula vegetal pelos fluidos dentro da célula. Quanto mais água estiver na célula (quanto mais completa a célula) e maior a pressão. O gerenciamento da pressão do turgor fornece um equilíbrio entre a ingestão de CO2 e a perda de água, para que a fotossíntese possa ocorrer. Mas, se a água permanecer limitada em condições de seca, eventualmente a planta será incapaz de lidar com o estresse da seca e todo o processo fotossintético pode parar de funcionar corretamente. No entanto, as plantas resistentes à seca descobriram uma maneira inteligente de evitar o problema de perder água durante a fotossíntese. Eles só abrem seus estômatos durante o frio da noite para pegar CO2. Eles então armazenam esse CO2 e o usam durante o dia para a fotossíntese. Dessa forma, eles perdem menos água durante o dia porque podem manter os estômatos fechados, mas podem continuar a crescer—embora um pouco mais devagar do que o normal.

as Plantas Precisam para se Proteger dos Perigosos Radicais Livres

Em condições de seca, quando uma planta não pode parecer para equilibrar a fotossíntese e a perda de água, adequadamente, a planta terá que lidar com um pouco desagradável moléculas chamadas radicais livres. Os radicais livres ocorrem naturalmente durante a fotossíntese, mas quando não há muita água disponível, mais radicais livres se formam. Os radicais livres podem ser muito perigosos para a célula, porque podem causar danos ao DNA, membranas celulares, proteínas e açúcares (todas essas substâncias são essenciais para a sobrevivência de uma célula)!

as plantas são usadas para lidar com baixas quantidades de radicais livres. No entanto, as plantas tolerantes à seca são realmente boas em lidar com os radicais livres, porque acumulam substâncias protetoras. Essas substâncias protetoras são chamadas de eliminadores de radicais livres. A presença de catadores de radicais livres geralmente causa uma mudança na cor da planta. As plantas geralmente ficam vermelhas ou roxas quando esses catadores se acumulam (você vê as folhas roxas da planta seca na figura 3B?). Os eliminadores de radicais livres ocorrem amplamente na natureza e são muito bons em esfregar os radicais livres para proteger as plantas de seus efeitos nocivos.

as plantas precisam controlar a quantidade de água dentro de suas células

a osmose é um conceito importante na biologia. Basicamente, a osmose é o movimento da água através de uma membrana (como uma membrana celular) para uma área onde certas moléculas (como sais, açúcares, e radicais livres) ocorrem em concentrações mais elevadas. Ao fazer isso, a água diluirá a concentração dessas moléculas para que a concentração seja igual em ambos os lados da membrana. Agora pense no que acontece com uma planta que sofre com a perda de água. Não há água suficiente para permitir que ocorra osmose, de modo que as moléculas se tornam super concentradas dentro das células vegetais. Isso geralmente não é uma coisa boa, especialmente se essas moléculas são radicais livres.

mais uma vez, as plantas tolerantes à seca têm algumas estratégias muito legais para combater esse problema. Nos primeiros sinais de seca, as células dessas plantas acumularão um monte de moléculas envolvidas no que é chamado de ajuste osmótico (OA) . OA é a mudança é a concentração de soluto em uma célula. Isso é como quando você dissolve o açúcar na água, onde o açúcar é o soluto. Essas moléculas (solutos) podem ser açúcares, aminoácidos ou pequenas proteínas. O objetivo dessas moléculas é limitar o movimento da água para fora da célula. O que torna essas moléculas de OA únicas na tolerância à seca é que elas servem a muitas funções. As moléculas de OA podem se ligar fisicamente ao DNA e às proteínas para protegê-las dos radicais livres. Eles também podem ligar a própria água, impedindo-a de sair das células vegetais. Essas moléculas de OA também se ligam às membranas, estabilizando a estrutura da planta quando a água é restrita.As plantas da Ressurreição são exemplos perfeitos de como as plantas tolerantes à seca reúnem os conceitos que discutimos até agora. As plantas da Ressurreição são capazes de sobreviver à perda completa de água. Eles acumulam grandes quantidades de OEA, liberam eliminadores de radicais livres e produzem proteínas protetoras especiais para sobreviver a secas longas e severas. Eles fazem tudo isso enquanto também dobram as folhas e esperam até que a chuva caia (Figura 3). O processo pode ser comparado aos ursos que entram em hibernação.

os Genes de uma planta controlam suas respostas à seca

tenha em mente que discutimos esses processos usados para proteger as plantas da seca de uma maneira muito simplificada. Olhar atentamente para esses processos é realmente muito complicado. No nível muito básico, esses processos são regulados pelo uso da planta de seu código genético—seus genes. As substâncias necessárias para sobreviver à seca serão produzidas acessando este código no momento certo. Esse acesso ao código genético para ajudar uma planta a sobreviver a uma seca é chamado de resposta genética da planta.

as respostas genéticas de uma planta que experimenta o estresse de uma seca são muito complexas-muitos genes são ligados ou desligados. Usando tecnologias avançadas de computação, os cientistas agora são capazes de identificar a maioria dos genes que desempenham um papel na proteção de uma planta da seca. Esta tecnologia descobriu que literalmente centenas de genes são ligados e desligados, dependendo de onde e quando eles são necessários! Não podemos listar todos esses genes, porque você ficará completamente entediado no final da primeira página! O que diremos é que esses genes se enquadram principalmente em três grupos: (1) genes que controlam outros genes importantes para ligar e desligar genes; (2) genes que produzem substâncias que ajudam na proteção da seca na planta; e (3) genes envolvidos na captação e transporte de água.Por que você acha que pode ser importante saber quais genes desempenham um papel em ajudar as plantas a evitar ou tolerar a seca? A maioria das nossas culturas não é capaz de sobreviver a secas. Como vamos proteger nossas plantações ou torná-las mais resistentes a essas secas? Precisamos usar o conhecimento dos genes que são ligados ou desligados durante as condições de seca para produzir plantas mais resistentes à seca.Ao longo dos anos, os cientistas de plantas tiveram algum sucesso na produção de culturas resistentes à seca. Essas culturas resistentes à seca foram produzidas principalmente selecionando e criando plantas individuais que sobreviveram bem em condições de seca. Nas últimas décadas, cientistas que trabalham em plantas geneticamente modificadas (GM) também começaram a se concentrar na produção de culturas resistentes à seca .

para produzir uma planta GM, um novo gene (de qualquer fonte!) é inserido no DNA da planta. Ao inserir este novo gene/s, o cientista espera introduzir um novo traço útil na planta GM. Imagine ser capaz de escolher entre centenas de genes úteis em uma planta de ressurreição e introduzir alguns deles no trigo! Infelizmente, apenas um punhado de plantas resistentes à seca GM (como milho/milho e cana-de-açúcar) foram produzidas com sucesso. Muito mais trabalho precisa ser feito, incluindo convencer o público em geral de que as plantas GM não são perigosas!

conclusão

as plantas são realmente vulneráveis quando se trata de escassez de água. A seca influenciará o crescimento, desenvolvimento, produtividade e, finalmente, sua sobrevivência. No entanto, as plantas têm alguma proteção embutida contra a seca. Eles podem ter algumas adaptações estruturais para evitar ou tolerar a desidratação. Eles também têm algumas defesas internas que são ativadas para tentar limitar a perda de água quando percebem que a água está se tornando escassa. Todos esses sistemas de defesa são regulados pelos genes da planta. O conhecimento desses genes e como eles estão envolvidos na proteção da planta contra a seca fornecem à humanidade a esperança de fazer culturas GM resistentes à seca.

glossário

séssil: um organismo que não consegue se mover e permanece em um só lugar, como uma planta.Suculentas: plantas que têm folhas e caules espessos e carnudos, nos quais a água pode ser armazenada.

transpiração: o processo em que as raízes das plantas absorvem água e liberam vapor de água através dos poros (estômatos) nas folhas.

estômatos: pequenos orifícios na superfície inferior de uma folha através dos quais a água e o gás podem entrar e sair de uma planta.Fotossíntese: o processo em que as plantas usam água, luz e CO2 para produzir seus próprios alimentos (na forma de açúcares) e liberar oxigênio no ar.

radicais livres: Moléculas que reagirão e danificarão qualquer coisa com a qual entrem em contato.

ABA: um hormônio vegetal chamado ácido abscísico que ajuda a cuidar do equilíbrio hídrico nas plantas.

pressão do Turgor: a tensão exercida sobre uma parede celular da planta pelos fluidos dentro da célula. Imagine encher um balão que você colocou dentro de uma jarra de vidro. À medida que você enche o balão mais, ele pressiona contra o frasco de vidro rígido, assim como os fluidos contra a parede celular rígida da planta.Osmose: movendo a água através de uma membrana celular de uma célula para a próxima célula. Por quê? Para garantir concentrações iguais de solutos em ambos os lados da membrana.

ajuste osmótico: alterando a concentração de solutos em uma célula vegetal.Soluto: a substância (como o açúcar) que você está dissolvendo em uma solução (como a água).

Declaração de conflito de interesses

os autores declaram que a pesquisa foi realizada na ausência de quaisquer relações comerciais ou financeiras que pudessem ser interpretadas como um potencial conflito de interesses.

agradecimentos

figuras foram criadas na mente a plataforma do Gráfico (www.mindthegraph.com).

Basu, S., Ramegowda, V., Kumar, A., and Pereira, A. 2016. Adaptação das plantas ao estresse por seca. F1000Res 5 (F1000 Faculdade Rev):1554. doi: 10.12688 / f1000research.7678.1

Dimmitt, M. A. 1997. Como as plantas lidam com o clima do deserto. Sonorensis. Volume. 17. Disponível em: http://www.desertmuseum.org/programs/succulents_adaptation.php

Osakabe, Y., Osakabe, K., Shinozaki, K., e Lam-Son, T. 2014. Resposta das plantas ao estresse hídrico. Frente. Planta Sci. 5(86):1–8. doi: 10.3389 / fpls.2014.00086

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