Um grupo de pesquisadores do Instituto de Biociências da USP, ao estudar a fotossíntese CAM (metabolismo ácido das crassuláceas) em bromélias, fez uma importante descoberta que pode, futuramente, contribuir muito para que os agricultores possam cultivar vegetais mais resistentes à seca. Crassuláceas, é o nome de uma família botânica de plantas dicotiledôneas - plantas com flor, cujo embrião (semente) contém dois ou mais cotilédones (primeiras folhas que surgem do embrião) - que abrange 35 gêneros e cerca de 1.500 espécies. São plantas de folhas mais ou menos carnudas, herbáceas ou arbustivas que ocorrem em áreas temperadas ou quentes ,em quase todo o mundo.

Plantas que realizam fotossíntese CAM, diferentemente das plantas que realizam fotossíntese C3 ou C4, necessitam de uma menor quantidade de água para sobreviver. A descoberta do grupo deu-se por meio  do estudo do popular abacaxizeiro, ou Ananas comosus. Essa bromélia, quando jovem, é C3-CAM facultativa. Os pesquisadores descobriram que o hormônio gasoso Óxido Nítrico (NO) atua no processo de indução, sinalizando para que  a planta substituía a sua forma de obtenção de energia, da fotossíntese C3 para a fotossíntese CAM, sob condição estresse hídrico.

O grupo de pesquisadores responsável por essa descoberta trabalha no Laboratório de Fisiologia do Desenvolvimento Vegetal do Instituto de Biociências da USP, coordenado pela professora Helenice Mercier.

O grupo constatou que o NO também atua neste processo de transição em outra bromélia nativa brasileira,  a Guzmania monostachia. Ao contrário do abacaxizeiro, essa espécie é epífita - plantas que vivem sobre outras plantas, sem retirar nutrientes delas, mas apenas se apoiando nelas - e  transita entre a fotossíntese C3 e a fotossíntese CAM ao longo de toda a sua vida, dependendo das condições climáticas. Quando há seca, a planta pode mudar para o tipo CAM de fotossíntese. Quando há, novamente, um período chuvoso, ela retorna para a condição C3.

Após a descoberta, um dos pesquisadores manipulou a forma como a planta obtém energia. Bastou submetê-la a um ambiente com uma alta quantidade de Óxido Nítrico que ela foi induzida ao CAM mesmo estando bem hidratada.

Plantas capazes de realizar fotossíntese CAM obtém carbono na forma de gás carbônico, principalmente durante a noite, quando a atmosfera está mais úmida. Em contrapartida, plantas incapazes de realizar fotossíntese CAM obtém gás carbônico apenas durante o dia (espécies C3 ou C4), período no qual seus estômatos estão abertos. Os estômatos são estruturas constituídas por um conjunto de células localizadas na epiderme dos traqueófitos (divisão do reino das plantas que compreende todas as plantas vasculares), com a função de estabelecer comunicação do meio interno com a atmosfera, sendo um canal para a troca de gases e a transpiração do vegetal. A bertura dos estômatos gera grande perda de água por transpiração. Por isso, plantas que realizam fotossíntese CAM necessitam de menos água para sobreviver, pois mantêm os estômatos fechados na maior parte do dia.

Outra vantagem das plantas que realizam fotossíntese CAM, é que elas necessitam de menos nitrogênio para sobreviver. Isto ocorre, porque para obterem energia através da fotossíntese CAM necessitam, em menor escala, de uma enzima chamada Rubisco, a qual é muito abundante nas plantas C3. Nas plantas CAM, existe a enzima fosfoenolpiruvato carboxilase (PEPC), que pré-fixa o CO2 durante a noite, liberando-o durante o dia de forma concentrada para a Rubisco que pode, então, trabalhar de forma mais eficiente, necesssitando de menor quantidade na planta. Isso se traduz numa economia de nitrogênio.         

As plantas que realizam fotossíntese CAM, portanto, necessitam de menos nutrientes  para sobreviver. Caso se descubra uma forma de transformar plantas C3 em CAM, boa parte do adubo utilizado para nutrir as plantações tornar-se-ia  dispensável, já que os vegetais dependeriam menos de nitrogênio. Diminuir a quantidade de adubo utilizado resultaria numa significativa redução no valor dos alimentos cultivados e protegeria o meio ambiente dos efeitos colaterais que a adubação nitrogenada  provoca na natureza.

Helenice Mercier, coordenadora do estudo, considera a possibilidade de que não seja necessária uma grande alteração genética nas plantas para que elas possam  obter energia através da fotossíntese CAM, já que a enzima chave, que atua no metabolismo CAM, a chamada fosfoenolpiruvato carboxilase (PEPC), já existe em todas as plantas. “Não adianta apenas conhecer a genética de uma planta. É necessário saber como ligar e desligar um gene, por meio de sinais hormonais, por exemplo.  E para isso, é necessária toda a base fisiológica, isto é, conhecer o funcionamento da planta”, afirma a pesquisadora.

Após entender exatamente quais os mecanismos que atuam no processo de sinalização da indução da fotossíntese CAM, o objetivo do grupo coordenado por Helenice será auxiliar outros grupos de pesquisas, especializados em genética, a descobrir de que forma essa característica das plantas que realizam tanto a fotossíntese CAM quanto a fotossíntese C3 pode ser transmitida para outras espécies de interesse econômico , para que elas se tornem menos dependentes da disponibilidade de nitrogênio e mais resistentes a condições climáticas adversas, como um período de seca prolongado. Seria um grande passo em direção a um aumento na produção de alimentos.