A incapacidade de monitorar a absorção de água dentro das raízes – sem danificar o espécime – tem sido um obstáculo para os pesquisadores que buscam entender o movimento dos fluidos nas células e tecidos vivos das plantas.
O líder do estudo, Dr. Kevin Webb, do Grupo de Pesquisa de Óptica e Fotônica, explica: “Para observar a absorção de água em plantas vivas sem danificá-las, aplicamos uma técnica sensível de microscopia óptica baseada em laser para ver o movimento da água dentro de raízes vivas. -invasivamente, o que nunca foi feito antes.
“Fundamentalmente, o processo pelo qual as plantas são capazes de crescer e se tornarem colheitas produtivas se baseia em quão bem ela pode absorver água e como pode gerenciar esse processo. A água desempenha um papel essencial como solvente para nutrientes, minerais e outras biomoléculas nos tecidos das plantas. Desenvolvemos uma maneira de nos permitir observar esse processo no nível de uma única célula. Podemos não apenas ver a água subindo pela raiz, mas também por onde e como ela se desloca.
“Alimentar a crescente população mundial já é um problema. A mudança climática está causando grandes mudanças no padrão e na densidade da cachoeira do planeta, o que leva a problemas de cultivo em regiões atingidas por enchentes ou secas. Selecionando plantas que são melhores em lidar com estresse, o objetivo é aumentar a produtividade alimentar global, entendendo e usando variedades de plantas com as melhores chances de sobrevivência que podem ser mais produtivas em qualquer ambiente, não importa quão seco ou úmido. ”
Como funciona
Para o estudo, as medições do transporte de água foram realizadas nas raízes de Arabidopsis thaliana, que é uma ‘planta modelo’ para os cientistas, uma vez que podem ser facilmente geneticamente modificadas para interferir em processos básicos como a absorção de água.
Usando um laser suave, a nova técnica de imagem – baseada na técnica de espalhamento Raman ganhadora do Prêmio Nobel – permitiu aos pesquisadores medir a água viajando através do sistema radicular de Arabidopsis no nível celular e rodar um modelo matemático para explicar e quantificar isso .
Os pesquisadores usaram água “pesada” (óxido de deutério, ou D2O), que contém um nêutron extra no núcleo de cada átomo de hidrogênio. Ao escanear um laser em uma linha ao longo da raiz enquanto a planta bebia, era possível ver a água “pesada” passando pela ponta da raiz.
Em Arabidopsis que foi geneticamente modificada para comprometer sua absorção de água, essas medições – combinadas com o modelo matemático – revelaram uma barreira de água importante dentro da raiz. Isso confirmou pela primeira vez que a captação de água é restrita dentro dos tecidos centrais da raiz, dentro dos quais os vasos de água estão localizados.
O co-líder, Malcolm Bennett, professor de Ciências Vegetais da Universidade, disse: “Esta técnica inovadora é uma verdadeira virada de jogo na ciência vegetal – permitindo aos pesquisadores visualizar o movimento da água em uma célula e em segunda escala dentro de tecidos vegetais vivos para a própria primeira vez. Isso promete nos ajudar a abordar questões importantes como – como as plantas ‘percebem’ a disponibilidade de água? As respostas a esta pergunta são vitais para projetar safras futuras mais bem adaptadas aos desafios que enfrentamos com as mudanças climáticas e os padrões climáticos alterados. ”
As descobertas deste estudo financiado pela Leverhulme Trust foram publicadas na revista Nature Communications em um artigo intitulado: “Imagem hidrodinâmica não invasiva em raízes de plantas em resolução celular.”
Aplicações futuras
No desenvolvimento do método, a pesquisa inicialmente se concentrou nas células vegetais, que têm cerca de 10 vezes o tamanho das células humanas e, portanto, são mais facilmente observadas. A equipe de pesquisa está atualmente transportando esses mesmos métodos para células humanas para entender exatamente os mesmos tipos de processos em uma escala ainda menor.
Assim como acontece com as plantas, existem no corpo humano tecidos responsáveis pelo manuseio da água, que é fundamental para seu funcionamento. Os tecidos transparentes do olho, por exemplo, podem sofrer de doenças de manipulação de fluidos, que incluem cataratas das lentes oculares; degeneração macular e glaucoma. No futuro, a nova técnica de imagem Raman pode se tornar uma ferramenta valiosa de monitoramento e detecção de saúde.
Próximos passos
Os pesquisadores estão trabalhando em um caminho comercial para sua técnica de imagem hidrodinâmica Raman e acabaram de se candidatar a financiamento com quatro empresas agrícolas do Reino Unido e da UE para examinar traçadores que se movem das folhas das plantas às raízes para entender as duas direções do transporte de água. Paralelamente, a equipe está trabalhando em versões portáteis da tecnologia para permitir que as medições do transporte de água sejam feitas no campo por fazendeiros e cientistas para monitorar o manuseio da água nas lavouras que crescem em ambientes locais desafiadores.
A equipe de pesquisa está atualmente concorrendo a uma Bolsa de Sinergia do Conselho de Pesquisa Europeu com parceiros na UE e no Reino Unido para estudar a absorção de água e a resistência à seca como uma nova ferramenta para ajudar a escolher e compreender como culturas específicas podem ser combinadas com o crescimento local específico condições.
Publicado em 04/08/2021 12h17
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