MicroRNAs na Cevada: Resposta ao Estresse Térmico

A Cevada é uma das principais culturas de cereais cultivadas no mundo todo. Ela é importante para comida, ração animal e produção de cerveja. Porém, as plantas de cevada enfrentam desafios por causa de fatores ambientais, especialmente Estresse Térmico. Quando as temperaturas sobem, o crescimento da cevada pode ser afetado negativamente, resultando em menores produtividades e qualidade do grão.

Nas plantas, pequenas moléculas chamadas microRNAs (miRNAs) desempenham um papel crucial na regulação da expressão gênica. Essas micro moléculas de RNA ajudam a controlar vários processos no Desenvolvimento da planta e nas respostas ao estresse. Elas podem promover ou inibir a tradução dos RNAs mensageiros (mRNAs) alvo, que são as instruções para a criação de proteínas.

Esse artigo foca em como os miRNAs e seus genes-alvo respondem ao estresse térmico em plantas jovens de cevada. Entender essa resposta pode ajudar a desenvolver variedades de cevada que resistam a temperaturas mais altas e garantam uma produção estável.

#O que são MicroRNAs?

MicroRNAs são pequenas moléculas de RNA encontradas em plantas e animais. Normalmente, eles têm de 20 a 22 nucleotídeos de comprimento e têm um papel importante na regulação da expressão gênica. Nas plantas, os miRNAs estão principalmente envolvidos no processo de silenciamento pós-transcricional, onde podem ou quebrar os mRNAs-alvo ou impedir que eles sejam transformados em proteínas.

O papel principal dos miRNAs nas plantas é reduzir os níveis de expressão gênica, afetando muitos aspectos do desenvolvimento e crescimento das plantas. Por exemplo, eles podem influenciar como as plantas desenvolvem suas folhas, raízes e flores, além do crescimento geral da biomassa.

Os miRNAs também ajudam as plantas a se adaptarem a diferentes estresses, seja do ambiente, como calor e seca, ou de pragas e doenças.

#Como Funcionam os MicroRNAs?

Os microRNAs se originam de genes específicos chamados genes MIR. Esses genes são transcritos por uma enzima chamada RNA polimerase II. Os transcritos primários de miRNA resultantes são então processados em miRNAs mais curtos e funcionais através de uma série de etapas.

O primeiro passo envolve a formação de uma estrutura em forma de cabelo que contém a sequência de miRNA. Essa estrutura é processada por uma enzima chamada DICER, que corta o cabelo para liberar o miRNA junto com sua cadeia complementar.

Uma vez formado, o miRNA é incorporado em um complexo chamado complexo de silenciamento induzido por RNA (RISC), onde pode se ligar aos mRNAs-alvo. Dependendo de quão bem o miRNA combina com o alvo, ele pode cortar o mRNA ou inibir sua capacidade de produzir proteínas.

#Efeitos do Estresse Térmico na Cevada

Altas temperaturas podem afetar gravemente a cevada durante sua fase reprodutiva, especialmente durante o desenvolvimento das flores. O estresse térmico pode levar a um desenvolvimento anormal dos estames e ovários, que são cruciais para a formação do grão. Como resultado, as plantas podem sofrer esterilidade, redução do peso do grão e qualidade inferior devido a mudanças no amido, proteína e outras características.

Estudos anteriores mostraram que o estresse térmico afeta a cevada principalmente durante a fase de crescimento reprodutivo. No entanto, há pouco conhecimento sobre como plantas jovens de cevada respondem ao calor durante seu desenvolvimento inicial.

#Foco do Estudo

Este estudo visa identificar como os miRNAs e seus alvos se comportam em plantas de cevada de duas semanas quando submetidas a estresse térmico. Ao focar no desenvolvimento inicial, esperamos descobrir estratégias potenciais para usar os miRNAs na criação de variedades de cevada que possam resistir melhor a altas temperaturas.

#Material Vegetal e Condições de Crescimento

Para este experimento, foram usadas sementes de cevada da cultivar Rolap. As plantas de cevada foram cultivadas em um ambiente controlado por duas semanas. Durante esse tempo, elas foram expostas a um regime específico de luz e temperatura, com metade das plantas sendo submetidas a um tratamento de calor a 35,5°C enquanto o resto permaneceu a uma temperatura constante de 21°C.

Amostras foram coletadas em vários momentos (1, 3 e 6 horas) após o tratamento térmico para analisar as mudanças nos níveis de RNA.

#Isolamento de RNA e Preparação de Biblioteca de RNA Pequeno

Para estudar os miRNAs, o RNA total foi extraído das amostras de plantas de cevada. O RNA foi purificado e verificado quanto à qualidade antes de preparar as bibliotecas de RNA pequeno. Essas bibliotecas continham moléculas de RNA que tinham de 15 a 30 nucleotídeos de comprimento.

As bibliotecas foram sequenciadas para identificar as espécies de RNA pequeno presentes nas amostras, permitindo que os pesquisadores analisassem os diferentes níveis de miRNA nas plantas controle versus as tratadas com calor.

#Medindo os Níveis de miRNA

Após gerar as bibliotecas de RNA pequeno, os pesquisadores realizaram PCR quantitativo em tempo real (RT-qPCR) para quantificar os níveis de expressão dos miRNAs identificados. Esse método permitiu avaliar como os níveis de miRNAs específicos mudaram em resposta ao estresse térmico ao longo do tempo.

#Entendendo os Alvos do miRNA

Junto com os níveis de miRNA, o estudo também olhou para os mRNAs-alvo para entender os efeitos mais amplos do estresse térmico. Usando um método chamado sequenciamento de degradoma, os pesquisadores puderam identificar os mRNAs que foram regulados pelos miRNAs que respondem ao calor.

A relação entre os miRNAs e seus mRNAs-alvo fornece uma visão de como a cevada se adapta ao estresse térmico em nível molecular.

#Principais Descobertas sobre a Resposta do miRNA ao Estresse Térmico

Os resultados revelaram mudanças significativas nos níveis de acumulação de miRNA devido ao estresse térmico. Os pesquisadores notaram que miRNAs específicos, particularmente das famílias miR156, miR159, miR169 e miR444, apresentaram diferenças pronunciadas em resposta ao calor ao longo do tempo.

1. Mudanças de Acumulação: Diferentes famílias de miRNAs foram afetadas em diferentes momentos. Por exemplo, os níveis de 65, 124 e 155 miRNAs conservados mudaram significativamente após 1, 3 e 6 horas de estresse térmico, respectivamente.

2. Perfis de Resposta ao Calor: Alguns miRNAs mostraram um aumento ou diminuição constante ao longo dos pontos de tempo. Outros exibiram padrões únicos, onde aumentaram inicialmente, mas depois diminuíram, ou permaneceram estáveis durante o tratamento térmico.

3. Regulação Transcricional e Pós-Transcricional: O estudo destacou que nem todas as mudanças nos níveis de miRNA foram devido a mudanças em suas formas precursoras (pri-miRNAs). Em muitos casos, os miRNAs foram regulados pós-transcricionalmente.

#Correlação Entre miRNAs e mRNAs-alvo

O estudo também se concentrou na relação entre miRNAs específicos e seus mRNAs-alvo. Por exemplo, ele descobriu que quando um determinado miRNA foi regulado positivamente em resposta ao estresse térmico, seu correspondente mRNA-alvo frequentemente foi regulado negativamente.

Essa correlação inversa entre miRNAs e seus alvos apoia a ideia de que os miRNAs desempenham um papel significativo na gestão da expressão gênica durante o estresse térmico.

#O Papel de miRNAs Específicos

Vários miRNAs mostraram papéis distintos em como a cevada responde ao calor:

• miR319: Esse miRNA alvo genes que são cruciais para o desenvolvimento da planta e foi mostrado que mantém seus níveis durante o estresse térmico, enquanto seu mRNA-alvo foi regulado negativamente.
• miR396: O nível desse miRNA aumentou após o estresse térmico, visando mRNAs envolvidos na regulação do crescimento.
• miR399: Conhecido por seu papel na homeostase de fosfato, seus níveis também foram afetados pelo estresse térmico.

#Descobertas Novas

O estudo identificou novos módulos de alvos de miRNA, incluindo aqueles associados a fatores responsivos ao auxina, que são fundamentais para a regulação hormonal das plantas. Essas descobertas sugerem que miRNAs específicos podem ter implicações mais amplas para entender as respostas das plantas ao estresse térmico.

#Conclusão

A pesquisa fornece insights valiosos sobre como as plantas de cevada gerenciam suas respostas ao estresse térmico em uma fase inicial de desenvolvimento. Os dados mostram que os miRNAs e seus genes-alvo desempenham um papel complexo na regulação das respostas das plantas a altas temperaturas.

Entender esses mecanismos moleculares pode ajudar no desenvolvimento de variedades de cevada tolerantes ao calor, o que está se tornando cada vez mais importante no contexto das mudanças climáticas. Mais estudos são necessários para explorar melhor como essas mudanças moleculares podem ser manipuladas para uma melhor resiliência das culturas diante dos desafios ambientais.