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Nature Plants volume 9, páginas 1103–1115 (2023)Cite este artigo

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O hormônio vegetal ácido abscísico (ABA) se acumula sob estresse abiótico para reformular as relações hídricas e o desenvolvimento. Para superar a falta de repórteres sensíveis de alta resolução, desenvolvemos ABACUS2s - biossensores de transferência de energia de ressonância Förster (FRET) de última geração para ABA com alta afinidade, relação sinal-ruído e ortogonalidade - que revelam padrões endógenos de ABA em Arabidopsis thaliana. Mapeamos a dinâmica do ABA induzida por estresse em alta resolução para revelar a base celular para as funções locais e sistêmicas do ABA. Com umidade foliar reduzida, as células radiculares acumularam ABA na zona de alongamento, local de descarga de ABA transportado pelo floema. A sinalização do floema ABA e da raiz ABA foram essenciais para manter o crescimento das raízes em baixa umidade. O ABA coordena a resposta das raízes às tensões foliares, permitindo que as plantas mantenham o forrageamento em solos mais profundos para absorção de água.

A tomada de decisões nas instalações é distribuída e não coordenada centralmente, mas para sobreviver e superar tensões como a falta de água, as respostas também devem ser coordenadas sistemicamente. O ácido abscísico (ABA) é um fitohormônio que se acumula sistemicamente sob vários estresses hídricos locais para coordenar as respostas em uma morfologia complexa e muitas vezes grande1. Quando as raízes sofrem baixo estresse hídrico, por exemplo, o ABA fecha os poros microscópicos das folhas (estômatos) para limitar a perda sistêmica de água2,3,4. Curiosamente, a perda de água nas folhas pode causar alterações nas respostas e na arquitetura do crescimento das raízes: o aumento da transpiração geneticamente ou através do aumento do fluxo de ar produz sistemas radiculares maiores em Arabidopsis5 e a baixa umidade relativa (UR) pode promover o crescimento das raízes em muitas espécies6,7,8. Embora um mecanismo molecular permaneça indefinido, foi proposto que o ABA, agindo como um sinal de desidratação, poderia estar coordenando essas respostas de crescimento radicular5,9. Os locais de biossíntese, metabolismo e translocação de ABA são objeto de intensa pesquisa, mas o progresso tem sido dificultado por limitações nas ferramentas para quantificar a acumulação e depleção de ABA em escala tecidual/celular, onde são tomadas decisões regulatórias que controlam a dinâmica do ABA . A disponibilidade de repórteres sensíveis, particularmente biossensores de transferência de energia por ressonância de Förster (FRET), para hormônios, segundos mensageiros e metabolismo está revolucionando o desenvolvimento de plantas, sinalização e pesquisa de fotossíntese . Esses biossensores são ferramentas poderosas para quantificar metabólitos in vivo em alta resolução espaço-temporal11, incluindo fitohormônios sob condições ambientais variáveis12,13,14,15,16. Biossensores diretos ABA FRET13,14 que não requerem componentes de sinalização adicionais têm amplo potencial de aplicação além da quantificação de ABA em células vegetais e compartimentos subcelulares; por exemplo, em fungos patogênicos sintetizadores de ABA17, em granulócitos humanos onde ABA é uma citocina18, ou em extratos de organismos onde a modificação genética é difícil usando proteína purificada in vitro19. No entanto, os biossensores ABA FRET existentes, ABAleons e sensores de concentração e absorção de ácido abscísico 1 (ABACUS1s) 13,14,20 não possuem o complemento completo de pontos fortes em termos da relação sinal-ruído ou afinidade necessária para quantificar facilmente o ABA. Portanto, projetamos biossensores ABA de próxima geração e os implantamos para dissecar a dinâmica e mobilização celular do ABA em resposta ao estresse de umidade foliar, e para estabelecer um papel sistêmico para o ABA na manutenção do crescimento radicular local em resposta a um estresse distante da parte aérea.

Nos biossensores ABAleons e ABACUS1, os domínios sensoriais ABA são conectados por ligantes a um par de proteínas fluorescentes (FP) (Figura 1 suplementar). A orientação e a distância entre estes FPs determinam a transferência de energia de excitação via FRET de um doador FP para um aceitador FP21. Mudanças conformacionais induzidas por ligantes nos domínios sensoriais alteram as posições relativas dos FPs, que podem ser detectadas excitando o doador e medindo uma mudança nas emissões relativas do aceitador e do doador, doravante denominada mudança na taxa de emissão.

>CYP707A3 and SUC2pro::XVE>>CYP707A3 in response to a 7 h foliar humidity drop 24 h after a shoot spray of 50 µM β-estradiol scored immediately after humidity treatment. Two-way ANOVA (Treatment F = 10.91, P < 0.0001, d.f. = 3; Genotype F = 51.57, P < 0.0001, d.f. = 2; Interaction F = 3.063, P = 0.0057, d.f. = 6; n = 81, 90, 70, 70, 58, 70, 67, 68, 116, 67, 85, 111 biologically independent roots from left to right). A Holm-Sidak post hoc test was used for multiple comparisons. *P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0.001, ****P < 0.0001. For violin/boxplots, centre line indicates median; box limits indicate upper and lower quartiles; whiskers indicate the upper/lower adjacent values./p>>CYP707A3) or was ubiquitous (UBQ10pro::XVE>>CYP707A3), root growth was inhibited at low foliar humidity (Fig. 4e). Taken together, our results indicate that phloem ABA and root tip ABA signalling regulate root growth during a distal humidity stress in leaves./p>>CYP707A3, UBQ10pro::XVE>>CYP707A3 and UBQ10pro::XVE>>NCED3 in pHm43GW (ref. 56). Gateway cloning was performed following manufacturer instructions./p>>CYP707A3 induction pretreatment experiments, 24 h before humidity treatment, plates were opened, sprayed with 50 µM β-estradiol, 0.25% DMSO, 0.05% Silwett-77 or mock solution (0.25% DMSO and 0.05% Silwett-77). Excess solution was removed with a paper towel, and plates were resealed and replaced in the growth chamber./p>

3 in all cases. Further details in Supplementary Table 1./p>

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