Raízes das plantas evitam a podridão à distância através do saprotropismo

As raízes das plantas conseguem detetar matéria vegetal apodrecida no solo próximo e orientar o seu crescimento para longe dela antes mesmo de haver contacto, segundo um novo estudo.

Essa perceção acontece à distância, porque as raízes “leem” um rasto químico deixado pela decomposição no solo em redor.

O comportamento descrito corresponde a uma forma de navegação radicular até aqui desconhecida, que mantém o tecido mais vulnerável da planta afastado dos microrganismos que alimentam a podridão.

Ao mesmo tempo, o trabalho mostra que os produtos químicos residuais da decomposição podem influenciar diretamente o local para onde a planta cresce.

Porque é que as raízes evitam a podridão

Um pedaço de matéria vegetal em decomposição no solo é um foco de atividade. Bactérias e fungos acumulam-se nesses pontos e, tal como degradam tecido morto, também conseguem atacar raízes vivas que se aproximem demasiado.

Yuzhou Zhang, biólogo vegetal que liderou o estudo na Northwest A&F University (NWAFU), na China, e a sua equipa quiseram perceber se as raízes evitam estas zonas de forma deliberada.

Questionado pela Earth.com sobre como uma raiz reage a uma decomposição com a qual nunca chega a tocar, Zhang afirmou: “As raízes não precisam de tocar no material vegetal em decomposição para reagirem a ele.”

Para testar a hipótese, os investigadores colocaram uma maçã a apodrecer junto das pontas das raízes de Arabidopsis (thale cress), uma pequena planta muito usada em investigação.

Em apenas dois dias, as raízes viradas para a zona em decomposição abrandaram e acabaram por parar, como se deixassem de conseguir avançar nessa direção, enquanto as raízes em solo limpo continuaram a alongar-se de forma normal.

O mesmo padrão surgiu em raízes de culturas agrícolas - incluindo colza, tomateiro e trigo -, indicando que não se tratava de uma particularidade de uma única espécie. A equipa deu a este crescimento de evasão o nome de saprotropismo, a partir de uma palavra grega que significa “podre”.

As raízes seguem rastos químicos

Numa outra montagem experimental, o material apodrecido foi colocado a menos de 1,3 cm de um dos lados de uma raiz, sem qualquer contacto direto. Em vez de crescerem a direito para baixo, as raízes curvaram-se na direção oposta.

Isto indicava que o sinal se estava a propagar pelo solo e não resultava do toque. A equipa acabou por associar o efeito à acidez.

À medida que os fungos digeriam a matéria vegetal morta, libertavam ácidos orgânicos que reduziam o pH do solo circundante.

Um corante sensível ao pH mudou de cor num “halo” em torno da maçã em decomposição, revelando um gradiente de pH estável: mais ácido junto à podridão e menos ácido à medida que se afastava.

Para confirmar se a acidez, por si só, bastava para provocar a resposta, os investigadores criaram um gradiente semelhante com um ácido fraco, sem qualquer material em decomposição.

As raízes desviaram-se do mesmo modo que tinham feito perante a podridão real. Quando foi usado um tampão para neutralizar o ácido, a curvatura deixou de ocorrer.

As raízes não reagem a falsos alarmes

O sinal também se mostrou seletivo. Quando a equipa testou frango em decomposição - que tende a deixar o solo ligeiramente alcalino, em vez de ácido -, as raízes não apresentaram resposta.

Ou seja, as raízes parecem reagir à assinatura ácida específica da decomposição de tecido vegetal, e não à decomposição de forma genérica.

Esta seletividade apanhou os cientistas de surpresa. Um dos coautores, Jiří Friml, é biólogo vegetal no Institute of Science and Technology Austria (ISTA).

“Diz-nos que o saprotropismo não é uma reação geral à decomposição, mas uma resposta específica ao ambiente químico criado pela decomposição de matéria vegetal”, disse Friml à Earth.com.

Uma via hormonal diferente

A maioria dos tropismos conhecidos depende sobretudo de uma hormona. O exemplo mais clássico é o gravitropismo - o crescimento descendente das raízes -, que há cerca de um século é atribuído à auxina, uma hormona de crescimento que se acumula num dos lados da raiz e induz a curvatura.

O saprotropismo não seguiu esse modelo. Raízes modificadas para não terem o mecanismo que transporta auxina continuaram a desviar-se da zona de decomposição e, muitas vezes, curvaram-se ainda mais do que o normal; por isso, a via clássica da auxina não explicava o fenómeno.

Em alternativa, o estudo indica que o gradiente ácido é detetado por recetores sensíveis ao pH nas células mais externas da raiz.

Como resposta, o ácido abscísico - uma hormona que as plantas costumam mobilizar em situações de stress - passa a acumular-se com maior intensidade no lado da raiz voltado para a podridão.

Afastar-se do perigo

Um sensor fluorescente permitiu observar diretamente essa acumulação: em poucas horas após a exposição à decomposição, a hormona aumentou na ponta da raiz e concentrou-se do lado orientado para a zona mais ácida. É esse desequilíbrio que determina para onde a raiz se curva.

Depois, a distribuição desigual da hormona reorganiza os microtúbulos, fibras internas que definem a direção em que as células se alongam.

Com a expansão celular a ocorrer mais num lado do que no outro, a raiz torce-se e afasta-se do ácido.

Este conjunto “hormona + fibras” não é estranho às plantas. Um estudo anterior já tinha mostrado que as raízes usam o mesmo sinal de ácido abscísico e a mesma torção dos microtúbulos para crescerem afastadas de solos salinos - uma resposta conhecida como halotropismo.

Ajudar culturas a evitar doenças

O trabalho demonstra que as raízes conseguem interpretar a química da decomposição nas proximidades e crescer para longe dela, recorrendo a um sinal hormonal distinto do que está por detrás da maioria dos tropismos.

Deste modo, a acidez gerada pela decomposição surge como um verdadeiro sinal direcional, e não apenas como um stress de fundo que condiciona o crescimento.

O resultado encaixa ainda numa visão em que uma única raiz integra vários estímulos ao mesmo tempo.

O mesmo grupo já descreveu, num artigo anterior, um “cabo de guerra” entre a atração da raiz pela gravidade e a atração pela água; o saprotropismo parece inserir-se nesse mesmo equilíbrio.

Em contexto agrícola, os dados sugerem que as raízes das culturas podem contornar bolsas de matéria em decomposição e os microrganismos patogénicos que aí se concentram.

Plantas que conseguem evitar infeções

Zhang considera que estas conclusões poderão, no futuro, ajudar a orientar programas de melhoramento.

“Não substituiria a resistência clássica a doenças, mas poderia complementá-la ao ajudar as raízes a evitar zonas ricas em patogénicos antes de ocorrer uma infeção”, disse à Earth.com.

Seria uma forma discreta de auto-defesa debaixo de terra.

As plantas já moldam a vida do solo através do que libertam pelas raízes; aqui, o fluxo é inverso, com a química da decomposição produzida pelos microrganismos a redirecionar a própria planta.

O mistério evolutivo mantém-se

A equipa de Zhang suspeita que o saprotropismo tenha surgido depois de as plantas terem colonizado a terra, uma vez que seria difícil manter gradientes ácidos estáveis debaixo de água.

Saber até que ponto este mecanismo está distribuído no reino vegetal - e perceber como o recetor transmite o sinal até à via hormonal - continua em aberto.

Estas questões prolongam o esforço do laboratório para compreender como é que as raízes evoluíram, em primeiro lugar, para navegar no solo.

Crédito da imagem: Bao et al. / Science