Outras moléculas envolvidas na transdução do sinal frio

Alguns hormônios vegetais, incluindo ABA, poliaminas, ácido giberélico (GA), óxido nítrico (NO), brassinosteróides (BR) e etileno (ET), também atuam como intermediários na sinalização a frio (Figura 19.1).

Figure 19.1. Representação esquemática mostrando o papel dos hormônios vegetais na resposta a baixa temperatura. Brassinosteróides (BR), óxido nítrico (NO), etileno (ET), ABA e poliaminas atuam como reguladores positivos. As giberelinas (GA) atuam como reguladores negativos. O ácido salicílico (SA) pode agir como regulador positivo (cereais, banana) ou negativo (Arabidopsis). As setas e linhas finais indicam regulação positiva e negativa, respectivamente.

ABA aumento dos níveis de ABA em plantas expostas a baixa temperatura e tratamento exógeno com ABA aumenta a tolerância ao congelamento (Chen e Gusta, 1983; Lang et al., 1989). Em Cicer arietinum e trigo, tem sido observado que o aumento da tolerância ao congelamento induzido por tratamentos exógenos com ABA é mediado por alterações na composição da membrana plasmática (ou seja, aumento de esteróis, ácido graxo insaturado, etc.; Bakht et al., 2006). Além disso, os mutantes deficientes e insensíveis ao ABA têm uma capacidade reduzida de aclimatação ao frio, indicando que o ABA é essencial para uma aclimatação completa ao frio (Heino et al., 1990; Gilmour e Thomashow, 1991; Llorente et al., 2000). Além disso, a ABA está implicada na tolerância constitutiva da Arabidopsis ao congelamento (Llorente et al., 2000). Alguns componentes da via de sinalização ABA também têm estado envolvidos na regulação da resposta ao frio. ABI3, um ativador transcripcional que regula a expressão de genes induzidos por ABA e diferentes processos vegetativos mediados por ABA na Arabidopsis, melhora a expressão de genes induzíveis ao frio e a tolerância ao congelamento (Tamminen et al., 2001). Um mutante do trigo ABA-hipersensível, aba27, mostra maior tolerância ao congelamento constitutivo e maior expressão de genes ABA-responsivos tanto sob condições de controle como de baixa temperatura (Kobayashi et al., 2008a). Todos estes resultados manifestam um papel complexo da via de sinalização do ABA na resposta a baixas temperaturas. Trabalhos recentes relataram a identificação de receptores ABA (Ma et al., 2009; Park et al., 2009a), embora sua implicação na resposta ao frio ainda esteja por determinar.

Polyamines accumulate in plants under low-temperature conditions (Lee et al., 1995; Shen et al., 2000; Kim et al., 2002b; Pillai et al., 2004; Cuevas et al., 2008; Kovacs et al., 2010). São compostos que, devido às suas propriedades bioquímicas, são capazes de interagir com macromoléculas como DNA, RNA, proteínas ou fosfolípidos, regulando a sua estrutura e função (Galston e Sawhney, 1990). Kim e colegas (2002b) relataram que a exposição ao frio aumenta a acumulação de putrescina nas folhas de tomate. Este aumento parece ter um papel protector e é controlado negativamente por ABA (Kim et al., 2002b). Hummel e colegas (2004) descreveram que a tolerância ao frio da Pringlea antiscorbutica está associada ao acúmulo e manutenção de poliaminas. Além disso, a sobre-expressão de CaPF1, um gene que codifica uma proteína relacionada com a tolerância ao congelamento da pimenta, em pinheiro aumenta a tolerância ao congelamento devido a um alto acúmulo de poliamina (Tang et al., 2007). Recentemente, Cuevas e colaboradores (2008) obtiveram evidências genéticas sobre a implicação das poliaminas na regulação da aclimatação a frio através da modulação da biossíntese ABA e da expressão gênica. Eles caracterizaram a tolerância ao congelamento de dois mutantes defeituosos na biossíntese de poliamina, adc1 e adc2, e descobriram que ambos têm uma capacidade reduzida de aclimatação a frio em comparação com o tipo selvagem. Baixos níveis de poliamina nos mutantes adc1 e adc2 correlacionam-se com baixos níveis de acúmulo de ABA induzido pelo frio devido a uma indução reduzida de genes biossintéticos de ABA em resposta à baixa temperatura, apontando que as poliaminas regulam positivamente o acúmulo de ABA sob baixa temperatura (Cuevas et al., 2008).

A superexpressão no tabaco do GhDREB1, um gene do algodão que codifica um fator de transcrição, aumenta a tolerância à baixa temperatura, embora o crescimento e o tempo de floração tenham sido retardados (Shan et al., 2007). A expressão de GhDREB1 no algodão é induzida pela baixa temperatura mas inibida pela AG, revelando uma possível implicação deste gene na regulação do crescimento via AG (Shan et al., 2007). Recentemente, foram publicadas evidências genéticas demonstrando uma redução na função da AG quando as plantas são expostas à baixa temperatura (Achard et al., 2008). Tem sido proposto que a redução no crescimento das plantas se deve principalmente a um acúmulo de DELLAs, uma família de proteínas que atua como reguladores negativos dos processos vegetais que respondem à AG (Achard et al., 2008). Além disso, o acúmulo de DELLA também parece contribuir para o aumento da tolerância ao congelamento que é mediado pela expressão CBF1, embora através de um caminho independente do CBF-regulon (Achard et al., 2008).

Resultados revelando um papel importante do NO na resposta da planta à baixa temperatura também foram descritos. Em ervilha, a baixa temperatura tem sido relatada para aumentar a atividade de NO sintetase (NOS) e S-nitrosoglutathione reductase (GSNOR), duas enzimas envolvidas na biossíntese de NO (Corpas et al., 2008). Na Arabidopsis, os níveis de NO aumentam sob condições frias como conseqüência da indução da atividade de nitrato redutase (NR) (Zhao et al., 2009). Além disso, os mutantes duplos para NR1 e NR2 (nia1nia2), que são incapazes de acumular NO após a exposição ao frio, apresentam capacidade reduzida de aclimatação a frio em comparação com plantas do tipo selvagem (Zhao et al., 2009). A análise molecular dos mutantes nia1nia2 revelou que a indução a frio de P5CS1 e a repressão do ProDH, e portanto o acúmulo de prolina, é muito menor nessas plantas do que nas do tipo selvagem, o que explicaria sua menor capacidade de aclimatação a frio (Zhao et al., 2009).

Brassinosteróides são uma classe de esteróides implicados no controle de uma ampla gama de respostas das plantas (Sasse, 2003). Os resultados obtidos em trabalhos recentes apóiam um possível papel dos BR na sinalização a frio. As mudas de Arabidopsis e Brassica napus tratadas com BR exógeno apresentam maior tolerância à baixa temperatura que é dependente de mudanças na expressão gênica induzida pelo frio (Kagale et al., 2007). Xia e colegas (2009) constataram que os BRs também regulam positivamente a tolerância à baixa temperatura no pepino, controlando a atividade da NADPH oxidase e o acúmulo de H2O2.

Exposição à baixa temperatura induz a produção de ET em espécies como feijão (Field, 1981), tomate (Ciardi et al., 1997), ou centeio de inverno (Yu et al., 2001). Além disso, a aplicação exógena de ET nas plantas de rododendro aumenta a sua tolerância ao congelamento (Harber e Fuchigami, 1989), e as plantas de centeio de inverno expostas ao frio apresentam níveis mais elevados de ET que controlam a acumulação de proteínas anticongelantes nas folhas e aumentam a tolerância ao congelamento das plantas (Yu et al., 2001). A sobre-expressão constitutiva no tabaco do gene do tomate JERF3, que codifica um factor de transcrição relacionado com a sinalização do ET, aumenta a tolerância ao congelamento induzindo a expressão de genes que codificam enzimas antioxidantes com a consequente redução de ROS (Wu et al., 2008). Além disso, a expressão anti-senso no tomate e no tabaco de TERF2/LeERF2, um gene do tomate que codifica um factor de transcrição induzível por ET, inibe a produção de ET e reduz a tolerância ao congelamento. Em contraste, a sobreexpressão de TERF2/LeERF2 no tabaco e no tomate aumenta a tolerância ao congelamento ao ativar a expressão do gene induzido pelo frio (Zhang e Huang, 2010). Como descrito anteriormente, a implicação do ET na sinalização do frio parece ser clara e ainda se sabe muito pouco sobre os mecanismos que medeiam a sua função.

Trabalhos substanciais relataram potenciais efeitos valiosos do tratamento com ácido salicílico (SA) na tolerância ao frio e/ou congelamento em cereais (Janda et al., 1999; Kang and Saltveit, 2002; Szalai et al., 2000; Tasgin et al., 2003; Saltveit and Hepler, 2004), feijão (Ding et al., 2002), pepino (Kang and Saltveit, 2002), tomate (Ding et al., 2002), banana (Kang et al., 2007) e lilás persa (Bernard et al., 2002). O papel das SA na tolerância das plantas à baixa temperatura parece estar relacionado a diferentes respostas protetoras, como o aumento da atividade das enzimas antioxidantes (Janda et al., 1999; Kang e Saltveit, 2002) e o aumento da atividade de nucleação do gelo no apoplast (Tasgin et al., 2003). Em contraposição com estes dados, resultados recentes indicam que a SA é um regulador negativo da aclimatação a frio em Arabidopsis (Miura e Ohta, 2010). Dois mutantes SA-acumulativos, siz1 e acd6, têm capacidade reduzida de aclimatação a frio e são mais sensíveis ao stress de arrefecimento, principalmente devido a uma menor expressão de CBF3 e do regulador correspondente (Miura e Ohta, 2010). A restauração da acumulação de SA a níveis do tipo selvagem suprime a sensibilidade destes mutantes às temperaturas de refrigeração e congelamento (Miura e Ohta, 2010).