Para produzir frutos e sementes, as plantas precisam ser fertilizadas em um curto período de tempo durante o qual a flor é receptiva ao pólen viável. Nas lavouras, o calor excessivo e o estresse hídrico podem impactar negativamente na fertilização, causando redução na produção de sementes. A pesquisa colaborativa entre o VIB-UGent Center for Plant Systems Biology e a Corteva AgriscienceTM identificou um mecanismo regulatório chave para prolongar a fertilidade feminina no milho. Este conhecimento pode tornar-se um trunfo importante para estabilizar a produção de sementes de milho, e potencialmente para outras culturas de cereais que crescem em condições climáticas variáveis ​​causadas pelo aquecimento global.

O milho é um cereal de alto rendimento e, portanto, alimento básico na maior parte do mundo. Para obter altos rendimentos de grãos, uma espiga com sementes completas requer condições ideais de fertilização nas quais a receptividade da inflorescência feminina (flor) seja sincronizada com a presença de pólen viável. Estresses ambientais, como calor e seca, reduzem o período de tempo em que a disponibilidade viável de pólen e a fertilidade feminina, incluindo a viabilidade da seda, se sobrepõem, causando redução na produção de sementes.

“À luz das mudanças climáticas, o conhecimento sobre a modulação da fertilidade feminina pode se tornar cada vez mais importante em nossa luta para estabilizar a produção de sementes em condições ambientais adversas”, segundo o prof. Moritz Noack (VIB-UGent).

Mais particularmente, a duração da fertilidade das flores femininas do milho é uma característica crítica no rendimento de grãos e, portanto, importante para os agricultores. Estender a janela de tempo durante a qual a flor feminina do milho pode ser polinizada, retardando o processo de envelhecimento floral, pode aumentar a chance de uma semente completa em espigas de milho em condições de crescimento abaixo do ideal.

As flores de milho femininas desenvolvem estruturas de estigma alongadas. Uma vez que o pólen transportado pelo ar das borlas do milho pousa no estigma, os tubos polínicos crescem através do fio em direção ao ovário onde ocorre a fertilização. Quando o envelhecimento floral se inicia, o período de receptividade do estigma termina e o potencial de produção de sementes é irreversivelmente perdido. O laboratório Nowack, que estuda a morte celular programada em um contexto de desenvolvimento, em colaboração com cientistas de milho da Corteva Agriscience, uma empresa agrícola global, identificou fatores moleculares que determinam a longevidade da viabilidade do estigma. 

Juntos, pesquisadores de ambas as organizações descobriram que KIRA-LIKE1 (KIL1) é o principal gene que regula a perda de fertilidade feminina induzida pelo envelhecimento do estigma de milho. Plantas de milho nas quais a função do gene “KIL1” é perdida – indicada como “kil1” – apresentam atraso no envelhecimento das flores, levando a um período prolongado de receptividade das flores femininas ao pólen. Os pesquisadores descobriram que quando o “KIL1” é expresso, ele inicia a morte celular na base de cada fio, causando o colapso do fio e impedindo que o tubo polínico atinja e fertilize o ovário da flor feminina. O resultado é que “KIL1” encerra o período de receptividade do estigma.

A morte celular programada é inerentemente parte da vida. É rigidamente controlado e molda os processos de desenvolvimento que contribuem para o crescimento e a reprodução das plantas. Os resultados deste estudo indicam um papel da morte celular programada na regulação da fertilidade das plantas, em várias espécies de plantas. “KIRA1”, a contraparte “KIL1” em ​​Arabidopsis, tem uma função semelhante na terminação da fertilidade de flores usando a morte celular programada. Apesar da grande distância evolutiva entre o milho e a Arabidopsis, o mecanismo de controle da fertilidade parece ser conservado.

“Mecanismos de fertilidade que são comuns entre as plantas são alvos intrigantes para o melhoramento vegetal. Com esta nova descoberta, temos a oportunidade de aumentar a fertilidade não apenas do milho, mas também de outras plantas de cultivo para melhorar o rendimento das sementes”, indica Jeff Habben, Gerente Sênior de Pesquisa da Corteva. “Esta descoberta e nossa colaboração com o VIB-UGent Center for Plant Systems Biology tem o potencial de nos ajudar a lidar com uma das muitas pressões que os agricultores enfrentam: a capacidade de fazer mais com menos de maneiras mais precisa e ecológica.”