O papel da fumarase na gramínea C4 Setaria viridis

Resumo

A respiração celular em plantas tem sido estudada nos últimos anos, especialmente em plantas expressando o metabolismo fotossintético C3. Apesar dos esforços no tema, muitas questões permanecem abertas. Isso é ainda mais evidente quando considerada a interação entre a respiração celular e outras vias metabólicas em plantas expressando metabolismo fotossintético C4. Alguns estudos sugerem que o controle metabólico do ciclo do ácido tricarboxílico se dá principalmente devido a fumarase, malato desidrogenase (MDH) e 2-oxoglutarato desidrogenase, indicando que estas enzimas podem ser possíveis alvos para a regulação do fluxo de carbono para outras vias. A fumarase é responsável pela conversão do ácido fumárico em ácido málico. Plantas transgênicas de tomate com atividade diminuída da fumarase apresentaram altos níveis de ácido fumárico e menores concentrações de amido e açúcar em folhas, associado a taxas fotossintéticas diminuídas devido ao fechamento estomático. Por outro lado, a mesma construção sob o controle de um promotor fruto específico resultou em aumento dos níveis de amido transitorio em frutos verdes e açúcares in frutos maduros, como resultado da diminuição dos níveis de malato. Malato é considerado um dos metabólitos chave em plantas devido as suas múltiplas funções conhecidas, como regulação do pH, substrato para a respiração celular ou descarboxilação do ciclo C4. Isto indica que o ácido málico atua como um potente regulador metabólico e alterações nos níveis mitocondriais podem acarretar mudanças nas taxas de crescimento. Entretanto, os mecanismos são ainda pouco conhecidos. Resultados preliminares em nosso laboratório (Jovem Pesquisador - fase 1) aponta que a diminuição da expressão da fumarase em Setaria viridis parece ter um grande impacto nas taxas de crescimento (dados ainda não publicados). Além disso, plantas transgênicas são normalmente mais fracas e produzem uma quantidade menor de sementes, com baixa viabilidade. Supreendentemente, as taxas fotossintéticas não mudam, quando considerada a assimilação do CO2 por área foliar. Nossa hipótese é que a produção de ácido málico na mitocôndria seja muito mais importante em plantas C4 do que C3, mas as razões para esse impacto permanecem desconhecidas. (AU)