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Pequenas proteínas permitem a fecundação das plantas


entre os gametas masculinos e femininos. Para que a fecundação tenha sucesso, o grão de pólen carregando duas células espermáticas (o gameta masculino) precisa viajar até encontrar o óvulo (o gameta feminino). Quando o grão de pólen encontra o órgão reprodutor feminino, ele primeiro tem contato com o estigma (Figura 1A). Depois, começa o processo de crescimento do tubo polínico, a partir do grão de pólen, que vai se alongando pelo estilete do órgão reprodutor feminino (Figura 1B) até chegar ao óvulo (nas plantas, existem vários óvulos dentro do ovário). No óvulo, o tubo polínico se rompe e libera as células espermáticas, possibilitando a fecundação.

Figura 1. (A) Órgão reprodutor feminino das plantas formado pelo estigma, estilete, ovário e óvulos. (B) Tubo polínico se alongando através do estilete. Fonte: Adaptada de Canal USP do Youtube.



Para que a fecundação ocorra com sucesso, existem muitas etapas do processo acima descrito que precisam ser pensadas. Primeiramente, o tubo polínico precisa se manter intacto durante seu alongamento dentro do estilete; se ele se romper antes de estar próximo ao óvulo, as células espermáticas não chegaram ao seu destino e a fecundação não ocorrerá. Depois, quando o tubo polínico finalmente alcança o óvulo, ele precisa “saber” que é necessário se romper, para que assim as células espermáticas fecundem o óvulo. Mas como o tubo polínico sabe a hora de se romper? A reposta está na sinalização mediada por pequenas proteínas.

Hoje, sabe-se que para que o tubo polínico se mantenha intacto durante seu alongamento, ele precisa de duas pequenas proteínas, chamadas RALF4 e RALF19. Dessa maneira, enquanto o tubo polínico se alonga e viaja dentro do órgão reprodutor feminino da flor, RALF4 e RALF19 ficam ligados a duas proteínas receptoras, BUPS1 e BUPS2, e mandam sinalizações para que o tubo se mantenha inteiro. Se por algum motivo as proteínas RALF4 e RALF19 deixam de existir no grão de pólen e no tubo polínico, esses tubos polínicos começam seu processo de alongamento, mas se rompem rapidamente. Qual seria o resultado então se não tivéssemos mais essas proteínas no órgão reprodutor masculino? Nenhuma planta jamais seria fecundada novamente e o reino vegetal seria extinto.

Na Figura 2 podemos ver duas flores coradas com azul de anilina. A planta normal (WT) possui as proteínas RALF4 e RALF19, e podemos ver muitos tubos polínicos se alongando através do estilete e encontrando os óvulos. Já a flor da planta mutante (ralf4-1 ralf19-1) não possui as proteínas RALF4 e RALF19 e, por isso, os tubos polínicos param de se alongar (porque se rompem) assim que adentram o estilete (seta).

Figura 2. Flores de uma planta normal (WT) e de uma planta mutante (ralf4-1 ralf19-1) coradas com azul de anilina e possibilitando a visualização dos tubos polínicos se alongando dentro do estilete. Fonte: Ge e Bergonci et al. (2017), Science.



Mas, então, em plantas normais, como o tubo polínico entende que precisa se romper quando encontra o óvulo? Para que o tubo polínico se rompa, é necessário que RALF4 e RALF19 não estejam ligadas as proteínas receptoras BUPS1 e BUPS2. Para que isso aconteça, uma proteína produzida no óvulo, chamada RALF34, retira as proteínas RALF4 e RALF19 dos receptores e toma seu lugar. Quando RALF34 se liga aos receptores BUPS1 e BUPS2, a sinalização bioquímica muda e o tubo polínico explode, possibilitando que a fecundação ocorra. Assim, essa invenção das plantas possibilitou garantir que tubos polínicos só se rompam quando estão na presença de um óvulo, já que só o óvulo possui RALF34.

Na Figura 3, podemos ver um óvulo de uma planta normal (WT) e de uma planta que não possui a proteína RALF34 (atralf34). A planta normal tem apenas um tubo polínico dentro do óvulo, que irá se romper possibilitando a fecundação. A planta mutante possui diversos tubos polínicos no mesmo óvulo. Isso acontece porque, como a planta não possui RALF34, as proteínas RALF4 e RALF19 continuam ligadas ao tubo polínico, que não se rompe e a fecundação não acontece. Dessa maneira, diversos tubos polínicos começam a adentrar o mesmo óvulo, porque este ainda não foi fecundado. Assim, uma planta sem a proteína RALF34 terá sérios problemas de fecundação, pois seus óvulos não auxiliarão no rompimento do tubo polínico para que a liberação das células espermáticas ocorra.

Figura 3. Óvulo de uma planta normal (WT) e de uma planta mutante (atralf34) mostrando tubos polínicos tentando realizar a fecundação. Fonte: Bergonci (2016), Tese de Doutorado.






As descobertas relacionadas à sinalização das proteínas RALF na reprodução vegetal foram feitas durante minha pesquisa de doutorado na Universidade de São Paulo e também na Universidade de Massachusetts, onde trabalhei como pesquisadora visitante. Na época, nós queríamos entender o porquê das proteínas RALF serem tão expressas nos órgãos reprodutores das plantas. Para chegar aos resultados, trabalhamos com a planta modelo Arabidopsis e utilizamos diversos mutantes deficientes na expressão dessas proteínas. Também fizemos expressão heteróloga das proteínas (utilizando bactérias para produzi-las em maior quantidade) para que pudéssemos utilizá-las nos nossos experimentos. Os resultados foram publicados na revista Science, onde sou primeira autora juntamente com um, na época, estudante de doutorado da Universidade de Pequim, responsável por descobrir os receptores BUPS1 e BUPS2.


Como podemos ver, o processo de reprodução no reino vegetal é delicado e extremamente controlado por diversos sinais, tanto por parte do órgão reprodutor masculino, quanto por parte do órgão reprodutor feminino. Ainda restam muitas questões para se elucidar quanto a fecundação das plantas. Por exemplo, como será que o óvulo sabe que o tubo polínico está se aproximando para liberar, no momento exato, RALF34? Essas e outras questões a ciência continua tentando responder.



Texto escrito por Tábata Bergonci

Divulgação de pesquisas realizadas por mulheres em homenagem ao dia Internacional da Mulher.



Referências Bibliográficas


Bergonci (2016). Peptídeos RALF em tecido reprodutivo: caracterização e efeito dos AtRALF4 25, 26 e 34. Tese de Doutorado. Programa de Genética e Melhoramento de Plantas. Universidade de São Paulo.

Link: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11137/tde-03102016-175937/pt-br.php


Bergonci e Moura (2017). USP na Science: Descoberto detalhe que possibilita a fecundação das plantas. Canal USP no YouTube.

Link: https://www.youtube.com/watch?v=iP42BBtR3gk&ab_channel=CanalUSP


Ge e Bergonci et al. (2017). Arabidopsis pollen tube integrity and sperm release are regulated by RALF-mediated signaling. Science. DOI: 10.1126/science.aao3642

Link: https://science.sciencemag.org/content/358/6370/1596.long



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