Quimérica plantas–o melhor de dois mundos

Quiméricas Ovo & Fichas (foto da esquerda) e TomTato (foto da direita) plantas são enxertos envolvendo espécies intimamente relacionadas. Outras Quimeras podem ser possíveis se o enxerto pode ser aplicado de forma mais geral.

PHOTO: THOMPSON & MORGAN

the cutting of the shoot of one plant (the scion) and joining, or grafting, to another (the rootstock) has been a practice of growers for millennia. Os organismos quiméricos resultantes têm permitido a propagação de frutas e vegetais com características desejadas, o controle do tamanho das árvores para facilitar as colheitas de frutas, e a preservação dos cipós cultivares de elite em porta-enxertos resistentes à filoxera, um inseto destrutivo. A maioria das espécies vegetais enxertar-se-ão para si mesmas, algumas para espécies estreitamente relacionadas, mas raramente as plantas enxertar-se-ão com sucesso para parentes mais distantes (1). Na página 698 deste número, Notaguchi et al. (2) identificar uma actividade enzimática fundamental que promova o estabelecimento de enxertos entre a planta do tabaco Nicotiana benthamiana e uma vasta gama de espécies. Eles demonstram que duas espécies incompatíveis podem ser enxertadas usando tecido de N. benthamiana como um interscion. Isto poderia expandir substancialmente as combinações de espécies com as quais é possível gerar Quimeras.

a compatibilidade entre duas espécies depende do estabelecimento de uma união de enxertos bem sucedida nos limites do corte e da sobrevivência prolongada da planta enxertada composta. Em contraste com outras interações compatíveis-incompatíveis, como o reconhecimento do pólen como auto ou não-auto pelos órgãos florais femininos, não há ainda nenhuma evidência para um mecanismo específico de reconhecimento entre os componentes do enxerto. É fundamental, porém, que as células na superfície de corte começam a aderir umas às outras, que as células no limite dividir e crescer, e que a vasculatura, necessário para o transporte de água, nutrientes, e de longa distância moléculas de sinalização das raízes para as partes aéreas da planta, é reconectado (1). Notaguchi et al. implicar uma celulase específica na promoção da adesão célula-célula. Como a celulase pode facilitar este processo fisiológico é uma questão que permanece.

Cellulases ato de digerir a celulose, o principal de andaimes componente da célula vegetal paredes (3), e isso pode permitir a remodelação e a fusão de celulose microfibrils entre as paredes das células da vasculatura ou outros tipos de células entre o descendente e porta-enxertos. Outra possibilidade é que a degradação da celulose desencadeie mecanismos de vigilância para a integridade da parede celular, promovendo assim a biossíntese da parede celular (3). Embora paredes celulares de diferentes espécies de plantas possam ter composições muito diferentes (3), a celulose é sempre um componente, o que pode explicar por que uma atividade enzimática visando a celulose como seu substrato parece facilitar a compatibilidade entre espécies taxonomicamente distantes.

a capacidade de fazer Enxertos entre plantas da mesma espécie abriu o campo de sinalização de longa distância na pesquisa de plantas, porque as proteínas móveis, o mensageiro RNAs (mRNAs), e pequenas RNAs foram identificadas como moléculas sinalizadoras (1). Originando em porta-enxertos, a hormona florigena vegetal foi identificada como um fator que promove a floração e a strigolactona como uma hormona vegetal que promove a ramificação. O mecanismo pelo qual o RNA silênciante se espalha sistemicamente foi elucidado com enxertos (1). Os enxertos também permitem o estudo de interações ao longo da vida entre genomas de diferentes espécies de plantas, como a arquitetura dos sistemas de raízes pode afetar o vigor e a saúde das plantas, e o design de novas espécies de culturas. Exemplos de sucesso comercial dos enxertos incluem o TomTato, uma planta que produz batatas da raiz e tomates acima do solo, e ovos & batatas fritas, um scion de beringela em um porta-enxertos de batata (4) (Veja as fotos). Os tomates, beringelas e batatas, juntamente com o tabaco, pertencem à mesma família, Solanaceae, e, portanto, são naturalmente receptivos à enxertia.

Notaguchi et al. demonstrar que os n benthamiana sciones ou porta-enxertos podem enxertar para soja filogeneticamente distante e crisântemos, bem como representantes de 38 famílias de plantas com flor (angiosperma). Ao expandir as combinações de espécies que podem ser usadas como cipós e porta-enxertos, a tecnologia de enxertia pode produzir Quimeras entre parentes distantes que contribuem para uma pegada agrícola mais sustentável e ajudam a preservar a biodiversidade.

múltiplos factores de stress biótico e abiótico estão a aumentar com as alterações climáticas, o que agrava a diferença de rendimento, a diferença entre o rendimento teórico e real, para muitas culturas agronómicas e vegetais. Os porta – enxertos resistentes à seca ou aos agentes patogénicos ou tolerantes ao sal, naturais ou geneticamente modificados, podem expandir a gama de cultivares desejadas. A capacidade de enxertar em uma ampla gama de eudicots (uma das duas classes de plantas com flor) fornece uma ferramenta para compilar traços de tolerância entre as espécies: tais traços são multigênicos e, portanto, não são facilmente abordados pela engenharia de um ou alguns transgêneros. As diferenças genéticas na resiliência das espécies de árvores à pressão da água ou da temperatura tornarão algumas espécies particularmente vulneráveis na escala temporal prevista das alterações climáticas (5). Os porta-enxertos resistentes podem ser usados para preservar espécies em risco dentro de um prazo mais curto do que os programas de reprodução poderiam alcançar.

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Familiaridade e facilidade, em conjunto com a automação do processo de espécies compatíveis, fez produtor aceitação do enxerto de tecnologia de uma estratégia atraente para aumentar a produtividade e qualidade do produto, e para crescer de frutas e legumes em novos ambientes. A enxertia é também uma técnica de propagação assexuada e vegetativa que pode contornar as restrições atuais para organismos geneticamente modificados (OGM) (6). Por exemplo, enxertia em porta-enxertos geneticamente modificados para superar a susceptibilidade de uma cultivar scion por enfermidade transmitida pode superar obstáculos regulamentares porque os frutos resistentes à doença não foram eles próprios geneticamente modificados (7). O porta-enxertos pode ser modificado para produzir pequenos RNAs que se espalham sistemicamente para silenciar a expressão genética no scion, modificando assim indiretamente as características das partes aéreas da planta (6). Da mesma forma, os cipós geneticamente modificados poderiam aumentar a produtividade das cultivares convencionais de raízes ou tubérculos, como a batata e a mandioca. Tais plantas transgraftadas têm potencial para dar resposta a preocupações sobre o fluxo transgénico ou a fuga de produtos transgénicos (8).

um dos principais problemas técnicos remanescentes é a falha do enxerto para espécies monocotiledóneas (a outra classe de plantas com flor, além de eudicotas). O trigo, o arroz e o milho fornecem dois terços das calorias humanas globais (9). A vasculatura destas e de outras monocotiledóneas difere da de todas as outras plantas com flor, e Enxertos entre monocotiledóneas e eudicotas podem falhar devido a incompatibilidades anatômicas na reconexão do filema e da vasculatura xilem. A planta parasitária Striga é um eudicot que invade e conecta-se com a vasculatura do arroz. Portanto, elucidar mecanismos naturais de parasitismo pode fornecer insights úteis (1). No entanto, os cipós monocotínicos também não conseguem enxertar com sucesso para os porta-enxertos monocotados. Compreender e ultrapassar esta limitação é importante para proteger a futura segurança alimentar mundial.

as plantas percorrem dois mundos, com as suas raízes num mundo de terra e água e as suas partes aéreas num mundo de ar e luz. No Antropoceno atual, uma técnica antiga, informada por uma nova compreensão mecanicista, pode ajudar plantas e seres humanos a fazer o melhor de ambos os mundos.