Etileno

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Referência : Neves, M., Correia, S., Canhoto, J., (2024) Etileno, Rev. Ciência Elem., V12(2):013
Autores: Mariana Neves, Sandra Correia e Jorge Canhoto
Editor: João Nuno Tavares
DOI: [https://doi.org/10.24927/rce2024.013]
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Resumo

O etileno, C2H4, é uma hormona vegetal que tem um papel crucial em vários processos do desenvolvimento das plantas e em repostas a vários fatores de stresse. O seu efeito nos tecidos vegetais é consequência de uma via de sinalização complexa que envolve a ativação de fatores de transcrição que controlam a expressão de inúmeros genes de resposta ao etileno. Esta hormona tem um papel fundamental no desenvolvimento da raiz, formação de pelos radiculares, senescência, abcisão foliar e maturação dos frutos. O etileno está também envolvido na tolerância a diversos fatores de stresses abióticos e bióticos como temperaturas elevadas, salinidade, seca e ataques de fungos e bactérias. De um modo geral, esta hormona destaca-se como um elemento-chave na regulação de processos de desenvolvimento, stresse e adaptação das plantas ao ambiente que as rodeia.


O etileno é uma hormona vegetal de estrutura simples, C2H4, gasosa à temperatura ambiente, que é sintetizada e libertada pelos tecidos vegetais[1]. Apesar da sua simplicidade, participa em múltiplos processos do desenvolvimento vegetal e em várias respostas aos stresses bióticos e abióticos[2]. O efeito do etileno nas plantas foi reportado pela primeira vez na ervilha, em 1901, por Dimitry Neljubov. No entanto, foi Richard Gane, em 1934, quem fez a grande descoberta de que as plantas não só respondiam ao etileno, como também o sintetizavam[3]. A correlação entre a síntese de etileno e a sua atividade biológica mostrou à comunidade científica que moléculas em estado gasoso podiam atuar também como hormonas[4]. O etileno marcou, assim, a história como a primeira molécula gasosa com função sinalizadora a ser conhecida.

A biossíntese do etileno foi bastante estudada na segunda metade do século XX, período no qual Adams e Yang identificaram a s-adenosilmetionina (SAM) e o ácido aminociclopropano carboxílico (ACC), como os seus dois intermediários[5], [6]. De um modo geral, a biossíntese desta hormona inicia-se com a conversão de SAM em ACC, pela ACC sintase, e finalmente o ACC é convertido em etileno pela ACC oxidase[7]. O uso de diversos mutantes com resposta variável ao etileno, obtidos da planta modelo Arabidopsis thaliana, permitiu ao longo dos anos não só compreender a função desta hormona no desenvolvimento vegetal, como também perceber quais os componentes da sua via de sinalização[8], dos quais se destacam os recetores de etileno. O recetor de etileno denominado Ethylene Receptor 1 (ETR1) em A. thaliana foi não só o primeiro recetor de etileno identificado, como também foi o primeiro recetor de hormonas vegetais a ser clonado e sequenciado[9]. Em A. thaliana, o etileno é reconhecido por uma família de cinco recetores denominados ETR1, ERS1 (Ethylene Response Sensor 1), ETR2, EIN4 (Ethylene Insensitive 4) e ERS2[10]. Estes recetores situam-se na membrana do retículo endoplasmático (ER) e é a partir da ligação do etileno ao recetor que se desencadeia uma via de sinalização complexa[11]. Dois componentes chave nesta via de sinalização são a proteína-cinase Constituve Triple Response 1 (CTR1) e a proteína Ethylene Insensitive 2 (EIN2), que funcionam como reguladores negativos e positivos, respetivamente (FIGURA 1). CTR1 tem a função de fosforilar EIN2 e impedir a sua função na via de sinalização; já EIN2 quando não impedida tem a função de aumentar a atividade de fatores de transcrição EIN3 e EIN3-LIKE 1 (EIL1) que, por sua vez, controlam a transcrição de genes de resposta ao etileno, como os fatores de transcrição da família ERFs (Ethylene Response Factors).

De uma maneira geral, na ausência de etileno (ar) os recetores mantêm a proteína-cinase CTR1 ativa, que por sua vez fosforila EIN2. Esta fosforilação diminui os níveis de EIN2 impedindo o seu transporte para o núcleo e a ativação dos fatores de transcrição. Na presença de etileno, a sua ligação inibe os recetores, com consequente desactivação de CTR1. A perda de atividade de CTR1 permite a clivagem da proteína não fosforilada EIN2, ancorada no ER. O domínio C-terminal de EIN2 (EIN2-C) libertado após a clivagem, é transportado para o núcleo e ativa a via de sinalização a jusante de EIN2 ao desencadear a atividade dos fatores de transcrição EIN3/EIL1[12], [13].


FIGURA 1. Esquema geral da via de sinalização do etileno e alguns dos seus componentes chave. Círculos cinzentos indicam reguladores negativos; círculos brancos indicam reguladores positivos; (\(\rightarrow )) indica efeito regulador; (⊣) indica inibição. Esquema adaptado de Dolgikh et al., 2019[14].

As diferentes respostas ao etileno revelam os inúmeros papéis em que esta hormona está envolvida, quer ao nível do desenvolvimento vegetal, quer nas respostas a vários fatores de stress (FIGURA 2). Convém lembrar que o papel do etileno é muitas vezes resultado de uma interação com outras hormonas vegetais, como as auxinas, as citocininas, as giberelinas e o ácido abscísico (ABA)[15]. O efeito do etileno nas plantas começa mesmo antes da germinação e tem um papel essencial no desenvolvimento da plântula[16]. A germinação das sementes envolve inicialmente uma quebra da dormência, que resulta de um equilíbrio hormonal entre o ABA e as giberelinas[17]. De um modo geral, o ABA mantém o fenómeno de dormência, enquanto as giberelinas quebram este efeito e promovem a germinação[18]. O etileno participa no processo de quebra da dormência, pois promove a germinação por diminuir os efeitos do ABA através da regulação do seu metabolismo e via de sinalização[19]. O etileno está também envolvido no crescimento do hipocótilo, porém o seu efeito depende da presença ou ausência de luz, observando- se o crescimento dos hipocótilos à luz, enquanto o seu alongamento é inibido no escuro[20], [21]. Ao nível do sistema radicular, o etileno tem um papel inibitório tanto no desenvolvimento da raiz principal, como das raízes laterais[22]. As auxinas e o etileno inibem sinergesticamente o desenvolvimento da raiz principal, no entanto, as auxinas são essenciais para a formação de raízes laterais[23]. O efeito inibitório do etileno no desenvolvimento radicular é inerente à sua regulação na biossíntese, transporte e acumulação de auxinas nas diferentes zonas da raiz[24], [25]. Resumidamente, o etileno leva a uma acumulação de auxinas tanto na zona meristemática como na zona de alongamento da raiz, resultando na inibição da proliferação e do alongamento celular18. Esta acumulação de auxinas no ápice da raiz impede que estas se acumulem nas zonas laterais[26], [27]. O efeito inibitório do etileno no desenvolvimento radicular é inerente à sua regulação na biossíntese, transporte e acumulação de auxinas nas diferentes zonas da raizErro de citação: </ref> de fecho em falta, para o elemento <ref>.

O etileno é também uma hormona chave no processo de envelhecimento das plantas estando envolvido no amadurecimento dos frutos e na senescência e abcisão das folhas e das flores[28]. Ao nível da folha, este fenómeno está, em grande parte, relacionado com a perda de clorofila[29], [30]; já ao nível das flores, o etileno desencadeia um conjunto de eventos celulares nos seus diferentes órgãos, que levam à sua senescência e posterior abcisão[31], [32]. O amadurecimento dos frutos climatéricos é o papel mais reconhecido do etileno, pois tem importantes aplicações económicas[33]. Os frutos climatéricos são todos aqueles que apresentam uma taxa de respiração elevada durante o seu amadurecimento, acompanhada de uma grande produção de etileno, tais como a maçã, banana, tomate, entre ouros[34]. O aumento na síntese de etileno e da sua perceção leva à ativação de fatores de transcrição da família ERF, que, de seguida, modulam a transcrição de genes de resposta ao etileno, neste caso, genes associados ao amadurecimento[35]. Este processo leva a alteações fisiológicas e bioquímicas no fruto como a redução dos níveis de clorofila e o aumento de antocianinas, modificações no metabolismo dos açúcares e na biossíntese de compostos orgânicos voláteis, que resultam na mudança de cor, amolecimento e aumento do aroma, sabor e conteúdo em açúcares[36], [37]. Controlar o processo de amadurecimento dos frutos pós-colheita é fundamental para aumentar o seu tempo de prateleira[38]. A estratégia mais comum passa por reduzir a síntese ou ação do etileno nos tecidos vegetais; por exemplo, o composto 1-metilciclopropeno (1-MCP) tem sido usado ao longo dos anos para reduzir a ação do etileno, pois atua como um inibidor competitivo para os recetores de etileno[39]. Diminuir a temperatura e controlar a atmosfera de armazenamento a que os frutos estão expostos também é uma das estratégias utilizadas, já que a redução dos níveis de O2 e o aumento de CO2 diminui a respiração e a sensibilidade ao etileno[40].


FIGURA 2. À esquerda esquema de alguns papéis do etileno no desenvolvimento e tolerância a condições de stress. À direita esquema de amadurecimento do tomate (baseado em Kou et al.. 2021[41]).

Nos últimos anos vários estudos têm reportado o papel do etileno na tolerância a vários fatores de stresse, como calor[42], hipóxia[43], metais pesados[44], salinidade[45], seca[46], e ataque de bactérias, fungos e herbívoros[47], [48]. No entanto, é de referir que, dependendo da espécie, o etileno pode também ter uma pepel negativo nestas respostas e tornar a planta mais suscetível[49]. A tolerância a temperaturas mais elevadas promovida pelo etileno está relacionada com a homeostase de espécies reativas de oxigénio (ROS), regulada por antioxidantes enzimáticos e não-enzimáticos resultando em menores danos oxidativos[50]. Em condições baixas de O o etileno induz mudanças morfológicas e bioquímicas que permitem a sobrevivência da planta, como a expressão de genes relacionados com o azoto e um aumento da respiração anaeróbia[51]. A tolerância a metais pesados, como o arsénio[52] e o cádmio[53], [54], parece estar relacionada com a modulação da transcrição de ERFs específicos resultantes da ativação da via de sinalização do etileno. O etileno promove a tolerância à salinidade através da manutenção da homeostase de Na+/K+, nutrientes e ROS, e também pelo aumento da assimilação de nitratos e sulfatos. A tolerância à seca parece estar associada a uma regulação positiva no aumento do conteúdo em açúcares e prolina de modo a combater o stress osmótico, levando a uma diminuição da peroxidação lípica[55]. O ataque de agentes patogénicos, como bactérias e fungos é acompanhado pela ativação de fatores de transcrição que estão envolvidos na regulação de genes associados à imunidade, tornando a planta menos suscetível31.

Numa altura em que as preocupações relacionadas às alterações climáticas e à segurança alimentar estão em destaque, o etileno revela-se como uma hormona chave na regulação da capacidade adaptativa das plantas. Assim, é essencial compreender os múltiplos papéis do etileno e os seus mecanismos de sinalização para encontrar novas estratégias que otimizem o desenvolvimento das plantas e a sua adaptação a ambientes pouco favoráveis.

 

Referências

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Palavras chave: fitohormonas, ABA, giberelina, citocinina, auxina

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Criada em 11 de Setembro de 2023
Revista em 7 de Dezembro de 2023
Aceite pelo editor em 29 de Julho de 2024

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