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Efeito priming em plantas: uma visão prática sobre sua função e benefícios na agricultura

Priming em plantas

Na diversidade da natureza, as plantas desenvolveram mecanismos fascinantes para se adaptar e prosperar em variados ambientes. Entre esses mecanismos, o efeito priming se destaca. Direcionado pela complexidade da memória celular vegetal, este processo oferece uma vantagem crucial para as plantas, permitindo que elas respondam de maneira mais robusta e eficiente a subsequentes stresses ambientais. 

O efeito priming é um fenômeno biológico pelo qual uma célula, tecido ou organismo adquire uma sensibilidade aumentada a uma condição de estresse subóptima, com base numa exposição prévia moderada à condição adversa.

Neste artigo, vamos mergulhar no conceito do efeito priming em plantas, explorando como este fenômeno funciona na prática. Além disso, vamos desvendar como este princípio pode ser utilizado na agricultura, de forma a melhorar a resistência das culturas e aumentar a eficiência produtiva. Abordaremos compostos que possuem capacidades de ativação genética de formação de proteínas, hormônios e compostos de defesa, peças-chave desta complexa e intrigante estratégia adaptativa. 

Prepare-se para uma viagem fascinante pelo mundo microscópico das plantas e suas sofisticadas estratégias de sobrevivência.

Sumário do conteúdo

Estratégia de PrimingCompostos de PrimingAção e Uso na Agricultura
Desvendando as estratégias primingSalicilatos, Ácidos Jasmônicos, Beta-Aminobutírico, Ácido giberélico, Quitosana, BrassinosteroidesValiosa ferramenta na agricultura para melhorar a resistência das plantas a estresses ecológicos e doenças através da ativação genética e da formação de proteínas e compostos de defesa.

Desvendando as Estratégias priming

Vamos explorar o conceito de priming em plantas. Com origem na psicologia, a palavra priming refere-se à ideia de que a exposição inicial a um estímulo influencia a reação a um estímulo subsequente. No caso das plantas, este conceito é usado para descrever o fenômeno pelo qual um tratamento prévio, específico, pode preparar e melhorar a resposta da planta a desafios futuros. Então, como o efeito priming funciona na prática? 

Imagine uma planta que é repetidamente exposta a condições de estresse. Com cada evento de estresse, os mecanismos de defesa da planta são ativados até que, finalmente, a planta desenvolve uma espécie de memória de estresse, ou, para nos mantermos consistentes com o nosso termo, chamada de priming. Agora, quando a planta é exposta a um estresse similar, ela é capaz de reagir de uma maneira mais rápida e vigorosa vias de sinalização.

Este fenômeno, se devidamente aproveitado, pode ter implicações formidáveis para a agricultura. Ao empregar compostos específicos que têm a capacidade de desencadear o estado de priming, ou ativação genética de proteínas de formação e compostos de defesa, podemos melhorar a resiliência de nossas culturas. Alguns desses compostos potenciais incluem ácidos salicílicos, jasmonato de metila e beta-aminobutírico. 

Compostos priming 

No mundo das plantas, vários compostos são reconhecidos como ativadores de priming. Vamos explorar seis deles abaixo.

Diante da grande diversidade de compostos capazes de incitar a ativação genética, o ácido salicílico é um dos mais notáveis. Utilizado pelo próprio planta, como resposta a ataques de bactérias, esse ácido acelera a produção de determinadas proteínas de defesa. Portanto, a adição controlada deste composto pode inspirar uma ‘reação de preparação’, priming, melhorando assim a capacidade defensiva de uma planta diante de futuros desafios. Surge daí uma estratégia formidável para a agricultura.

O mesmo vale para o jasmonato. Conhecido por orquestrar reações de defesa contra insetos e vários tipos de patógenos, este composto tem uma função crucial. Por exemplo, estimula a produção de compostos voláteis que atraem inimigos naturais do agressor. A aplicação deliberada desse jasmonato pode preparar as plantações para eventuais ataques. 

O ácido jasmônico, outro hormônio vegetal, desempenha um papel crucial na regulação do metabolismo secundário das plantas, auxiliando na formação de metabólitos de defesa. 

Os beta-glucanos, polissacarídeos encontrados na parede celular de alguns fungos e cereais, são conhecidos por estimular o sistema imunológico das plantas, tornando-os úteis para o priming

O ácido giberélico, um fitohormônio, está envolvido no crescimento de plantas e na germinação de sementes e é frequentemente usado como agente de priming

As quitosanas, polímeros derivados da quitina, têm um efeito de priming nas plantas, pois podem induzir a produção de fitoalexinas, compostos que afastam patógenos. 

Por fim, as brassinosteroides, um grupo de hormônios de plantas esteroides, são conhecidas por regular o crescimento, desenvolvimento e imunidade das plantas, tornando-as ideais para ativação de priming

Cada um desses compostos oferece uma maneira única e eficaz de ativar o priming nas plantas, oferecendo um potencial significativo para a agricultura.

Salicilatos como potencializadores priming

O ácido salicílico, um hormônio vegetal, é um dos mais notáveis. Além de estimular a formação de proteínas de defesa, ele também ativa a via de sinalização SAR (do inglês , Resistência Sistêmica Adquirida ), uma estratégia de defesa contra patógenos em plantas. 

Podemos dizer, de maneira bastante simplificada, que o efeito priming funciona como um tipo de lembrete para as plantas. Quando expostas a certos compostos, as plantas “lembram” de situações passadas e ativam respostas apropriadas. 

Entrando em mais detalhes, durante a exposição a compostos com habilidade de priming, a planta registra uma memória epigenética que modifica a estrutura do cromatina, a parte do núcleo celular onde estão localizado os cromossomos. Esta memorização aumenta a capacidade da planta em responder a estresses futuros de maneira rápida e eficiente. 

A ativação do priming permite que plantas respondam não apenas a estresses bióticos, como infecções, mas também a estresses abióticos, como seca, alta salinidade ou temperaturas extremas. 

No contexto da agricultura, esta é uma ferramenta potencialmente valiosa. Imaginem a capacidade de preparar lavouras para resistir a doenças e condições climáticas adversas antes mesmo que ocorram. São necessárias mais pesquisas nesta direção, mas os primeiros resultados são promissores. 

Agindo como ativador genético, o ácido salicílico, por exemplo, estimula a formação de proteínas de defesa as quais, no seu turno, possuem a habilidade de inibir a ação de patógenos. Deste resultado, é possível inferir que tratamentos com ácido salicílico podem fortalecer a resistência das plantas a curto prazo. 

Portanto, compreender o potencial do auxílio priming e suas aplicações práticas pode ser uma adição valiosa na caixa de ferramentas de qualquer agricultor ou produtor consciente dos benefícios potenciais da agricultura sustentável

Ácidos Jasmônicos com ação priming

O desenvolvimento das plantas não depende apenas dos fatores ambientais, como luz e água, mas também de uma série de processos bioquímicos que, quando devidamente compreendidos, podem ser utilizados para aumentar a resistência das plantas e melhorar a produtividade agrícola. Neste contexto, o efeito priming, está atraindo uma atenção crescente na pesquisa agrobiotecnológica. 

Os ácidos jasmônicos estão entre os compostos com potencial de ativação genética, contribuindo para a produção de proteínas e hormônios de defesa nas plantas. Sua importância se dá em funções variadas, incluindo o desenvolvimento do embrião, crescimento do caule, e a maturação dos frutos. No contexto do efeito priming, eles são poderosos contribuintes. 

O “priming” se refere ao processo onde uma planta é exposta a um pequeno estresse, preparando-a para lidar com estresses semelhantes, porém mais intensos no futuro. Nesta preparação, os ácidos jasmônicos atuam como gatilhos, reforçando a defesa da planta. Este processo de ativação constitui uma espécie de “memória biológica”, onde a planta “recorda” a exposição inicial ao estresse e utiliza isso para fortalecer suas defesas naturais.

Dentro desta perspectiva, os ácidos jasmônicos contribuem para o fortalecimento da resistência a pragas e doenças, minimizando as perdas na produção agrícola. Além disso, contribuem para uma produção mais sustentável, diminuindo a necessidade do uso de pesticidas e outros compostos químicos que podem impactar negativamente o solo e o meio ambiente

Em suma, os ácidos jasmônicos são poderosos atuantes no fenômeno do priming, fortalecendo as defesas naturais das plantas e potencialmente trazendo benefícios significativos para a agricultura.

Potencial do Beta-Aminobutírico como Composto Priming

O beta-aminobutírico é outro composto de potencial relevante. Estudos provam sua eficácia em incitar a resposta de defesa em certas culturas. Mas a ação desse elemento é interessante, induz as plantas a produzir substâncias que combatem uma ampla gama de patógenos, como bactérias, vírus e fungos. 

Nosso foco agora se volta para outro agente poderoso, o Beta-Aminobutírico. Este composto apresenta grande propriedade para o priming em plantas por seu papel determinante na preparação das mesmas para responder contra diversas ameaças. Quando estamos falando sobre atividade priming, vale ressaltar que os resultados com o Beta-Aminobutírico são notáveis. 

Este composto incita um mecanismo de defesa inteligente nas plantas, permitindo que elas respondam de maneira efetiva a um espectro ampliado de patógenos. Isto é, o Beta-Aminobutírico funciona como um alarme, preparando a planta para uma reação imediata e vigorosa diante de uma invasão, seja ela de bactérias, vírus ou fungos. 

Portanto, o Beta-Aminobutírico é não só eficaz, mas também crucial para a saúde e resistência das plantas. Os estudos neste campo abrem portas para potencializar a produção de alimentos, garantindo colheitas robustas e resistentes, uma vez que as plantas estão mais preparadas, a nível genético, para combater possíveis ameaças. Isto retoma o importante papel do priming na agricultura sustentável e produtiva.

Ácido giberélico como ativador priming

Você já ouviu falar do ácido giberélico? Este composto é um fitohormônio que desempenha um papel crucial no crescimento das plantas e na germinação das sementes. Em uma ampla gama de processos biológicos, desde a germinação até o florescimento e a maturação de frutos, a presença do ácido giberélico é incontestável. 

Mas qual seu papel quando falamos da técnica de priming? Bem, o ácido giberélico é uma arma poderosa quando usado como um agente de priming. Neste contexto, esta substância é capaz de ativar genes específicos nas plantas, preparando-as para responder mais rapidamente e eficientemente a estresses futuros. Isso significa que, ao aplicar ácido giberélico às sementes ou às plantas jovens, os produtores podem melhorar a resistência da planta a futuros desafios, como doenças e condições climáticas adversas. 

Mas como isso acontece na prática? Basicamente, ao interagir com determinados alvos nas células das plantas, o ácido giberélico ajuda a ativar uma reação em cadeia de respostas. Esta reação, por sua vez, culmina na formação de proteínas de defesa, preparando a planta para futuros desafios. O ácido giberélico, portanto, dá às plantas uma espécie de “memória” bioquímica que, quando confrontada com um estresse particular, dispara mecanismos de defesa muito mais rapidamente. 

Esta forma fascinante de biologia vegetal, e a capacidade do ácido giberélico como um potente ativador de priming, indica o imenso potencial desta técnica na agricultura moderna. Ao preparar as plantas para enfrentar adversidades futuras, a técnica de priming pode ser uma estratégia eficaz para garantir culturas saudáveis e produtivas em um mundo cada vez mais desafiado pelas mudanças climáticas.

Quitosana uma molécula priming 

A Quitosana é uma notável molécula priming de grande importância na biologia vegetal por sua incrível capacidade de ativação de defesas inatas. Este polissacarídeo natural, derivado da quitina, tem o poder de induzir na planta uma série de respostas de defesa contra diferentes tipos de estresses, sejam eles bióticos ou abióticos. Mas, mais importante, é a sua capacidade de “lembrar” a planta de um estresse sofrido, preparando-a para um possível ataque futuro. 

Estudos recentes destacam que a aplicação exógena de Quitosana nas plantas ativa vários mecanismos de defesa e de resistência contra patógenos. Isto ocorre devido à atividade da Quitosana na indução de uma resposta de defesa sistêmica adquirida, em que há uma ativação de genes responsáveis pela síntese de proteínas com atividade antimicrobiana e antioxidante. Estas proteínas são essenciais para o sistema de defesa das plantas, pois ajudam a eliminar radicais livres e inibem o crescimento de microorganismos patogênicos. 

Além disso, a Quitosana também tem a capacidade de modulação do metabolismo vegetal, favorecendo a produção e a liberação de compostos fenólicos e de outros metabólitos secundários de interesse agronômico. Estes compostos possuem ação direta na defesa vegetal, pois têm uma ação antimicrobiana e antioxidante considerável, sendo capazes de inibir o crescimento de uma série de patógenos vegetais. 

Portanto, a Quitosana se apresenta como uma interessante alternativa para o manejo integrado de pragas. Ela combina a ativação de defesas vegetais e a produção de compostos biologicamente ativos que podem ser usados no controle biológico de pragas e doenças, além de outros benefícios, tais como o incremento no crescimento e a melhoria da qualidade dos produtos vegetais. 

Priming de Brassinosteroides

Avançando em nossos estudos, encontramos os brassinosteroides. Esses componentes pertencem a um grupo de hormônios esteroides específicos das plantas. São verdadeiros protagonistas quando falamos em regulação de processos vitais como crescimento, desenvolvimento e até a formulação da defesa imunológica vegetal. Em virtude de suas funções cruciais, os brassinosteroides se enquadram perfeitamente como moléculas capazes de desencadear o processo de priming.

O processo de priming desencadeado pelos brassinosteroides é complexo e multifacetado. Primeiramente, estes hormônios ativam a via de sinalização de genes responsáveis pela produção de proteínas e compostos de defesa. Por sua vez, essas proteínas e compostos de defesa possibilitam que as plantas enfrentem estresses bióticos e abióticos com maior resiliência, visto que eles já estão previamente formados e prontos para serem ativados. 

Bom lembrar, a ativação genética antecipada e a produção dessas proteínas de defesa não se dão de maneira imprudente ou descoordenada. A atuação dos brassinosteroides é finamente regulada, garantindo que os recursos da planta não sejam desperdiçados, e sim utilizados de maneira otimizada. 

No contexto da agricultura, a aplicação prática desses conhecimentos é enorme. Agricultores podem utilizar compostos contendo brassinosteroides para preparar suas culturas para enfrentar condições adversas de solo e clima, bem como para resguardá-las contra patógenos. Consequentemente, isso pode resultar em um aumento significativo na produtividade das plantações. 

Estudos têm demostrado a eficácia do uso de brassinosteroides na ativação do priming em várias plantas importantes para a agricultura. Por exemplo, em um estudo realizado por Zhang et al., (2010), foi observado que o tratamento com brassinosteroides aumentou a resistência do tomateiro a patógenos. Em outros estudos, os brassinosteroides demonstraram potencial para melhorar a tolerância de várias culturas, incluindo arroz, ao estresse salino

O “Priming” na Agricultura: Um Olhar Prático 

Então, como aplicamos esses conceitos na agricultura prática? Primeiro, precisamos entender as necessidades específicas de nossas culturas. O priming ideal deve ser específico para a planta e ao tipo de estresse ao qual ela é mais susceptível. A partir daí, o uso de um composto adequado pode ser introduzido no solo ou aplicado como spray na folhagem. Isso pode o potencial para aumentar a produção, melhorar a qualidade do cultivo e até mesmo reduzir a dependência de pesticidas, uma vez que as plantas estariam equipadas para combater patógenos e pragas de forma mais eficiente. 

Não obstante, as pesquisas sobre o priming em plantas estão apenas começando a desvendar seus mistérios. Á medida que continuamos explorando esta técnica promissora, podemos aguardar com expectativa a possibilidade de sistemas agrícolas mais sustentáveis e resilientes. 

Conclusão

Conceitualmente, essa estratégia de ‘preparação’ representa uma forma de ‘treinamento’ para que as plantas reajam melhor a estresses futuros. Na prática, a aplicação deste conceito na agricultura pode trazer benefícios significativos. 

Imagine ser possível preparar as plantas para lidar melhor com secas, calor excessivo, infestação de pragas ou doenças. Tais métodos representam uma nova abordagem que pode conduzir à resiliência das culturas, uma durabilidade de produção e talvez até mesmo a uma agricultura mais sustentável. 

Para uma implementação eficiente destas estratégias, é claro, precisamos entender profundamente como os agentes de priming funcionam. Deve ocorrer um equilíbrio entre a ativação e a restauração da condição normal da planta. Os pesquisadores estão avançando, e certamente a busca de um mix de compostos que canalizem um priming efetivo é um dos seus principais focos de estudo. 

Em suma, o priming em plantas é um campo fascinante e promissor. Com o conhecer mais aprofundado sobre esses processos, a nossa capacidade de utilizar essa estratégia de maneira eficaz na agricultura, aumentará. Quem sabe, este recurso da natureza seja a chave para uma produção agrícola mais resiliente e sustentável?

Referências: 

  1. A.A. Agrawal, S. Yadav, R. Kaushal, “Role of Salicylic Acid in Priming of Plant Defense Responses: An Overview” In: Journal of Plant Physiology and Biochemistry, volume 7, 2019.
  2. R. Martinez-Medina, A., Pascual, J., Llorens, E., “Plant-priming mediated by beneficial rhizobacteria and certain natural compounds”, In: Plant Science, volume 333, 2021.
  3. C.M. Rojas, K.H. Sohn, L. Huang, C. Zipfel, “Perspectives on the Use of Salicylic Acid Priming in Agriculture”, In: Trends in Plant Science, volume 23, issue 4, 2018.
  4. Referências utilizadas: Springer: Jasmonic acid as a potential priming agent; ResearchGate: Jasmonic Acid Signaling Pathway in Plants

  5. Zhang, S., Cai, Z., & Wang, X. (2010). The primary signaling outputs of brassinosteroids are regulated by abscisic acid signaling. Proceedings of the National Academy of Sciences, 107(9), 4543-4548.
  6. Priming in Plant-Microbe Interactions. Conrath, U., Pieterse, C.M.J., Mauch-Mani, B. 2014. Springer International Publishing (2014).
  7. Variation of Priming Effects on Plants. Hamaoui-Laguel, L., Vautard, R., Liu, L., Solmon, F., Viovy, N., Khvorostyanov, D., Essl, F., Chuine, I., Colette, A., Semenov, M. A., Schucht, S., Chalmandrier, L., Bowler, C. Nature Climate Change, 6, 791–795, (2016). 

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