Notícia com publicação científica
Pesquisadores descobrem mecanismo envolvido na torção de órgãos vegetais
Estudo descobriu que camada epidérmica controla a possibilidade de torção durante o crescimento das plantas

Laboratório do Dr. Ram Dixit, Universidade de Washington em St. Louis

Modelo computacional de raíz vegetal usado para compreender os mecanismos moleculares de como as plantas torcem suas raízes

5 de janeiro de 2026, 14:52

Fonte

Leah Shaffer, Universidade de Washington em St. Louis

Publicação Original

Universidade de Washington em St. Louis

Áreas

Agricultura, Biofísica, Biologia, Biomecânica, Botânica, Ciências Agrárias, Computação, Engenharia Biológica, Genética, Simulação Computacional, Solo

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Resumo

Através de experimentos em laboratório e modelos computacionais, cientistas conseguiram avançar na compreensão do mecanismo envolvido na torção de órgãos vegetais – como as raízes das plantas – ao longo de seu crescimento: uma alteração na expressão gênica em sua epiderme.

O modelo computacional confirmou os experimentos realizados anteriormente: quando a planta expressou o gene do tipo selvagem (relacionado à raiz reta) nas células internas, as raízes cresciam retorcidas, mas se o gene selvagem estivesse na epiderme, as raízes cresciam retas.

Com a nova descoberta, os cientistas podem agora enfrentar alguns dos desafios da ciência agrícola, como o aumento de resiliência das plantações.

Foco do Estudo

Compreender o mecanismo envolvido na torção de certas plantas durante seu crescimento.

Por que é importante?

Os cientistas sabem há muito tempo que mutações em certos genes que afetam os microtúbulos nas plantas podem fazer com que elas cresçam de forma retorcida.

Na maioria dos casos, essas são ‘mutações nulas’, o que significa que a torção geralmente é consequência da ausência de um determinado gene.

Mas isso ainda é um mistério para botânicos, pois a ausência de um gene deveria causar todo tipo de problema para as plantas; porém o crescimento retorcido é uma adaptação evolutiva incrivelmente comum.

Além da curiosidade evolutiva, entender como as raízes se movimentam no solo é mais urgente do que nunca. À medida que as mudanças climáticas intensificam as secas e levam a agricultura para terras marginais com solos rochosos e compactados, as culturas com sistemas radiculares capazes de prosperar em condições desafiadoras tornam-se uma necessidade crucial.

O crescimento retorcido também desempenha papéis importantes na forma como as trepadeiras sobem, como os caules resistem ao vento e como as plantas se ancoram contra a erosão — fatores essenciais tanto para a segurança alimentar quanto para a resiliência de todo o ecossistema.

Estudo

Recentemente, pesquisadores da Universidade de Washington em St. Louis (WashU) e da Universidade Estadual da Pensilvânia (PennState), nos EUA, encontraram uma possível resposta para o crescimento retorcido das plantas: uma alteração na expressão gênica em um local específico — a epiderme da planta.

“Isso pode explicar por que isso é tão disseminado: você não precisa de mutações nulas para esse hábito de crescimento, basta encontrar maneiras de ajustar certos genes apenas na epiderme”, explicou o Dr. Ram Dixit, professor de Biologia na Universidade de Washington em St. Louis.

A pesquisa surgiu no Centro de Ciência e Tecnologia para Engenharia Mecanobiológica (CEMB) da Fundação Nacional de Ciência (NSF) dos EUA, um consórcio nacional coliderado pela WashU que reúne biólogos, engenheiros e físicos para entender como as forças físicas moldam os sistemas vivos.

Usando um sistema modelo de planta onde as raízes podem se curvar para a direita ou para a esquerda, Natasha Nolan – doutoranda na WashU durante o estudo e agora pesquisadora na Pivot Bio –  começou a investigar quais camadas de células vegetais regulam esse comportamento de torção.

As células vegetais são rigidamente fixadas, quase coladas umas às outras e circundadas por uma parede celular resistente. A equipe levantou inicialmente a hipótese de que as torções surgem da camada cortical interna, onde uma mutação faz com que as células sejam curtas e largas em vez de longas e finas.

A ideia era que os fenótipos de torção surgem porque a camada epidérmica precisa se inclinar para manter sua integridade estrutural e alcançar as células vizinhas da camada cortical, mais curtas e estreitas. Mas os resultados foram surpreendentes.

O estudo foi publicado na revista científica Nature Communications.

Ao combinar experimentos biológicos com modelagem mecânica, descobrimos um princípio fundamental: a camada mais externa da raiz domina seu comportamento de torção por meio da mesma física da torção (torção devido ao torque aplicado) que explica por que tubos ocos podem ser quase tão fortes quanto hastes sólidas. A geometria importa enormemente

Dr. Guy Genin, professor de Engenharia Mecânica da WashU

Resultados

Os pesquisadores descobriram que se expressassem um gene do tipo selvagem (que mantém a raiz reta) em qualquer uma das camadas celulares internas, essas plantas ainda teriam a mesma aparência do mutante nulo com torção. “Não importava que agora essa proteína estivesse sendo produzida em algumas das camadas celulares internas, era como se ela não existisse”, destacou o professor Ram Dixit.

Em contraste, quando o gene do tipo selvagem era expresso apenas na epiderme, as raízes cresciam retas. Isso indicou aos pesquisadores que “a camada celular dominante, que realmente dita esse comportamento, é a epiderme”, disse o professor.

Portanto, para os pesquisadores, ficou claro que é a epiderme que controla a torção. Mas ainda faltava responder a uma questão fundamental: qual era o mecanismo por trás desse controle?

Para compreender como isso ocorre, o Dr. Guy Genin, professor da Escola de Engenharia da WashU, usou dados experimentais para criar um modelo computacional que explica por que a epiderme domina.

“Quando você tem camadas concêntricas de células, como anéis em um tronco de árvore, o anel externo tem muito mais influência sobre toda a estrutura do que os anéis internos. Nosso modelo mostrou que, se apenas a epiderme tiver fileiras de células distorcidas, ela pode gerar cerca de um terço da torção total que seria observada se todas as camadas estivessem distorcidas. Mas se corrigirmos apenas a epiderme, toda a raiz se endireita. A matemática foi inequívoca: a camada externa é que manda”, destacou o professor Guy Genin.

O modelo confirmou os experimentos realizados anteriormente: quando a planta expressou o gene do tipo selvagem (da raiz reta) apenas na epiderme, isso afetou até mesmo as células corticais que ainda carregavam a mutação. Em vez de serem curtas e largas, essas células internas se tornaram mais longas e finas, quase como as do tipo selvagem.

“De alguma forma, a camada de células epidérmicas é capaz de influenciar as camadas de células internas. A epiderme não é uma pele passiva, mas sim uma coordenadora mecânica do crescimento de todo o órgão”, reforçou o professor Ram Dixit.

Agora que os cientistas entendem como as plantas ficam retorcidas, eles podem aplicar essas descobertas para enfrentar alguns dos desafios da ciência agrícola.

“Imagine poder projetar plantas que aumentem ou diminuam a tendência de uma raiz a se torcer. Em condições rochosas e inóspitas, você pode querer raízes que se contorçam para contornar obstáculos. Esta pesquisa nos dá um objetivo e uma estrutura mecânica para pensar na arquitetura radicular como um problema de engenharia”, concluiu o Dr. Charles Anderson, professor de Biologia da PennState e coautor sênior do estudo.

As raízes são a metade oculta da agricultura. A capacidade de uma planta encontrar água e nutrientes depende inteiramente de como suas raízes exploram o solo. Se pudermos entender como as raízes se contorcem e contornam obstáculos, poderemos ajudar as culturas a sobreviver em locais onde atualmente não conseguem

Dr. Charles Anderson, professor de Biologia da PennState e coautor sênior do estudo

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Autores/Pesquisadores Citados

Dr. Ram Dixit

Professor de Biologia da Universidade de Washington em St. Louis

Dra. Natasha Nolan

Doutoranda na WashU durante o estudo e atualmente pesquisadora da Pivot Bio

Dr. Guy Genin

Professor da Escola de Engenharia da Universidade de Washington em St. Louis

Dr. Charles Anderson

Professor de Biologia da Universidade Estadual da Pensilvânia (PennState)

Publicação

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a revista científica Nature Communications (em inglês).

Mais Informações

Acesse a notícia original completa na página da Universidade Washington em St. Louis (em inglês).

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