Relógio circadiano ajusta gradiente de prótons e redefine partição de carbono

O componente do relógio circadiano CCA1 controla gradientes eletroquímicos de prótons em tipos celulares específicos e redefine o balanço de crescimento entre parte aérea e raiz em Arabidopsis. O mecanismo envolve regulação oposta do pH apoplástico na epiderme do hipocótilo e nas células-companheiras do floema. A modulação altera o carregamento de sacarose, a velocidade de transporte no floema e a alocação de carbono, explicam pesquisadores espanhóis e japoneses.

Plântulas com superexpressão de CCA1 exibiram hipocótilos longos e raízes curtas sob luz constante. O duplo mutante cca1 lhy apresentou fenótipo inverso. As diferenças surgiram em estágios iniciais do desenvolvimento. A razão comprimento de hipocótilo por raiz aumentou nas plantas CCA1-ox e reduziu no mutante. O padrão não se repetiu em mutantes de outros componentes do relógio, o que indica função específica de CCA1.

Redes transcricionais

Análises de RNA-seq revelaram redes transcricionais distintas em parte aérea e raiz. Em brotos, CCA1 induziu genes ligados à sinalização de auxina, como PIF4, e ativou vias associadas à elongação celular. Ensaios de imunoprecipitação de cromatina confirmaram ligação direta de CCA1 ao promotor de PIF4 em brotos. Em raízes, o fator não ativou amplamente genes de auxina. O conjunto diferencial incluiu genes de metabolismo de carboidratos e transporte de metabólitos.

Entre os alvos reprimidos por CCA1, destacou-se o transportador de sacarose SUC2. A superexpressão reduziu a expressão de SUC2 em brotos e raízes. O mutante cca1 lhy elevou os níveis do gene. Ensaios de ChIP confirmaram ligação de CCA1 ao promotor de SUC2. Plantas CCA1-ox acumularam mais amido em tecidos fotossintéticos e apresentaram menor teor de sacarose nas raízes. A adição de sacarose exógena no meio de cultivo elevou o comprimento radicular de CCA1-ox, o que indica limitação de suprimento endógeno.

O estudo também identificou repressão direta da H+-ATPase AHA3 por CCA1. A proteína atua nas células-companheiras do floema e sustenta o gradiente de prótons necessário ao simporte sacarose/H+. A expressão de AHA3 caiu em CCA1-ox e aumentou em cca1 lhy. Ensaios de ChIP confirmaram interação de CCA1 com o promotor de AHA3. A redução comprometeu o gradiente eletroquímico e elevou o pH apoplástico no floema.

Alcalinização do apoplasto

Imagens com sensor de pH ancorado à membrana mostraram alcalinização do apoplasto em células-companheiras de CCA1-ox. O padrão ocorreu em hipocótilos e raízes. A velocidade de transporte de esculina, análogo fluorescente da sacarose, diminuiu nas raízes de CCA1-ox e aumentou em cca1 lhy. A superexpressão de AHA3 no fundo CCA1-ox restaurou o pH no floema, normalizou a velocidade de transporte e recuperou o crescimento radicular.

Na epiderme do hipocótilo, o efeito ocorreu em sentido oposto. CCA1 reduziu o pH apoplástico e favoreceu acidificação associada à elongação celular. O padrão oscilou ao longo do ciclo diário e apresentou fase quase oposta à observada no floema. O mutante cca1 lhy mostrou aumento do pH na epiderme. O conjunto de dados sustenta regulação celular específica do gradiente de prótons.

Modelagem matemática integrou dinâmica de sacarose na parte aérea, taxa de carregamento no floema e crescimento radicular. As simulações indicaram redução aproximada de 50% na taxa de carregamento de sacarose em CCA1-ox e aumento em cca1 lhy. O resultado explica o desbalanço entre órgão fonte e órgão dreno.

Os pesquisadores propõem que CCA1 funcione como reostato circadiano. O fator ajusta gradientes de prótons conforme o tipo celular. A epiderme acidifica e expande o hipocótilo. O floema alcaliniza, reduz exportação de sacarose e limita alongamento radicular. O mecanismo conecta relógio biológico, partição de carbono e coordenação temporal do crescimento vegetal.

Mais informações em doi.org/10.1016/j.cell.2025.12.056