As gramíneas, grupo de plantas que inclui culturas como milho, trigo, arroz, cana-de-açúcar e sorgo, respondem por cerca de um quarto da cobertura vegetal do planeta e estão entre as espécies mais importantes para a produção de alimentos. Uma pesquisa desenvolvida pela Universidade Estadual de Maringá (UEM) em parceria com a Universidade de Toronto, no Canadá, identificou uma adaptação evolutiva que ajuda a explicar o sucesso dessas plantas: uma arquitetura de parede celular capaz de reduzir a necessidade de nitrogênio, nutriente essencial para o crescimento vegetal.
A descoberta foi publicada no periódico científico Plant Physiology and Biochemistry e apresentada no dia 16 de julho durante o II Congresso Brasileiro de Biologia Evolutiva, realizado em Belo Horizonte. O estudo teve como primeira autora a pesquisadora Gabriela Ellen Barreto Bossoni, egressa do Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular (PBC/UEM) e atualmente pesquisadora de pós-doutorado na Universidade de Toronto.
Depois do carbono e da água, o nitrogênio é um dos elementos mais importantes para o desenvolvimento das plantas. Ele participa da formação de proteínas, enzimas e pigmentos essenciais ao metabolismo vegetal. Por isso, fertilizantes nitrogenados estão entre os principais insumos da agricultura moderna, mas sua produção exige grande consumo de energia e gera impactos ambientais.
Foi justamente para compreender como algumas plantas conseguem utilizar melhor esse nutriente que os pesquisadores compararam 12 espécies vegetais cultivadas sob diferentes níveis de disponibilidade de nitrogênio. O estudo reuniu gramíneas e eudicotiledôneas com metabolismo fotossintético C3 e C4 e avaliou a taxa de fotossíntese, o teor total de nitrogênio nas folhas, a quantidade de nitrogênio presente na parede celular e a concentração de ácido ferúlico associado aos componentes estruturais.
A comparação revelou que as gramíneas C4 possuem uma arquitetura de parede celular diferente da encontrada na maioria das demais plantas. Enquanto as paredes celulares do tipo I utilizam maior quantidade de proteínas estruturais, as paredes do tipo II, típicas das gramíneas, substituem parte dessa função por compostos associados ao ácido ferúlico, que não contêm nitrogênio. Com isso, a planta reduz o investimento desse nutriente na estrutura celular e pode direcionar uma parcela maior para processos como a fotossíntese e o crescimento.
Os experimentos mostraram que as gramíneas C4 apresentaram eficiência no uso do nitrogênio para a fotossíntese até 81% superior à observada em plantas C4 com outro tipo de parede celular. Também apresentaram menor quantidade de nitrogênio estrutural e maior concentração de ácido ferúlico na parede celular, reforçando a hipótese de que esse composto assume funções estruturais que, em outras plantas, dependem de proteínas ricas em nitrogênio.
Segundo os pesquisadores, essa característica pode ter sido favorecida ao longo da evolução. Quando o metabolismo fotossintético C4 reduziu os efeitos da fotorrespiração em ambientes quentes, o nitrogênio passou a ser um dos principais fatores limitantes para o crescimento das plantas. Nesse ambiente, estruturas celulares capazes de economizar esse nutriente ofereceram uma vantagem adaptativa às gramíneas, contribuindo para sua expansão em regiões tropicais e subtropicais.
Além de ampliar o conhecimento sobre a evolução vegetal, a descoberta pode contribuir para o desenvolvimento de cultivares mais eficientes no uso do nitrogênio, reduzindo a dependência de fertilizantes, os custos de produção e os impactos ambientais associados à agricultura. Os autores também propõem um novo parâmetro para avaliar a eficiência do uso do nitrogênio na parede celular, que poderá auxiliar futuras pesquisas de melhoramento genético e seleção de variedades mais sustentáveis.
O trabalho foi coordenado pelo professor Wanderley Dantas dos Santos, do Departamento de Bioquímica da UEM, em colaboração com o professor Rowan F. Sage, da Universidade de Toronto. Também assinam o artigo Matt Stata, Aline Marengoni Almeida, Rodrigo Polimeni Constantin, Rogério Marchiosi e Osvaldo Ferrarese-Filho. A pesquisa recebeu apoio da Capes e do CNPq.
Leia aqui na íntegra o artigo Assessing the cell wall nitrogen use efficiency – Can the differences between cell wall architectures contribute to the nitrogen economy of plants? publicado na revista Plant Physiology and Biochemistry, volume 229 (Part C), em setembro de 2025.
(Adriana Cardoso/Comunicação UEM)
