Uma equipe do IGDB publicou recentemente na revista Cell um estudo que revela, pela primeira vez de forma completa, a ultraestrutura tridimensional dos poros de vasos do arroz e identifica um módulo regulador-chave, MYB61-PS1. Esse módulo controla com precisão a morfologia tridimensional dos poros, influenciando a eficiência de transporte de água e nitrogênio no arroz, resultando em aumento significativo da produtividade dos grãos.

Os poros dos vasos são pequenas aberturas nas paredes celulares do tecido vascular das plantas, cuja geometria afeta indiretamente a produtividade ao regular o transporte de água e nitrogênio. Usando microscopia eletrônica de varredura, os pesquisadores observaram variações nos poros de diferentes linhagens de arroz, e por meio de análise de associação genômica completa identificaram PS1 como o gene principal (QTL) que controla o tamanho dos poros. PS1 codifica uma xilano-desacetilase, cuja função na regulação do tamanho dos poros foi confirmada por experimentos genéticos.

Para investigar a estrutura tridimensional detalhada dos poros moldada pelos alelos PS1, os pesquisadores usaram tecnologia de feixe de íons focalizados combinada com microscopia eletrônica de varredura para reconstruir os poros em escala nanométrica. Eles descobriram que a cavidade dos poros apresenta curvaturas complexas, sendo a região mais estreita (boca do poro) o fator determinante da eficiência de transporte de água. O haplótipo PS1 Hap2 forma bocas de poros menores que o PS1 Hap1, proporcionando maior eficiência no transporte de água.

Validações funcionais adicionais mostraram que PS1 Hap2, devido a uma variação de aminoácido (V163A), possui maior atividade de desacetilase, produzindo xilanos menos acetilados. Esses xilanos se ligam mais fortemente à celulose, promovendo o arranjo compacto das nanofibras de celulose nas bordas dos poros, formando a estrutura de vaso com bocas menores. Experimentos com diferentes níveis de nitrogênio mostraram que plantas com PS1 Hap2 apresentam maior eficiência de transporte de nitrogênio e aumento da produtividade, confirmando seu valor como haplótipo superior.

Análises de rede haplotípica revelaram diferenciação clara do PS1 entre as subespécies indica e japonica — Hap2 é altamente utilizado em variedades modernas de indica, mas raramente em japonica. A introdução de PS1 Hap2 em variedades japonica “Wuyujing 3” e “Wujingjing” resultou em aumento significativo da produtividade, demonstrando grande potencial para melhoramento genético.

Além disso, o estudo descobriu que a regulação do tamanho dos poros por nitrogênio via PS1 é controlada pelo gene MYB61 (QTL de eficiência no uso de nitrogênio). A combinação de alelos superiores de MYB61 e PS1 permite otimizar ainda mais a geometria dos poros, ampliando o aumento da produtividade do arroz.

Este estudo não apenas identificou pela primeira vez o gene QTL PS1 que controla o tamanho dos poros dos vasos, como também elucidou o mecanismo molecular pelo qual xilanos desacetilados regulam a ligação celulose-xilano e a organização das nanofibras, moldando a morfologia dos poros e influenciando transporte de água e produtividade. Os resultados fornecem novas perspectivas sobre como moléculas sinalizadoras controlam a plasticidade das células do vaso e estabelecem uma estratégia de pesquisa multiescala, do gene às macromoléculas de polissacarídeos, da ultraestrutura subcelular às células, tecidos e planta inteira, oferecendo suporte importante para inovações em agricultura sustentável.