Descoberta de um novo gene pode ajudar no melhoramento de cultivares resilientes ao clima
Pesquisadores revelaram pela primeira vez como um gene chave nas plantas permite que elas usem sua energia com mais eficiência, permitindo que cresçam mais raízes e capturem mais água e nutrientes.
Uma equipe internacional de cientistas de plantas liderada pela Penn State University e em colaboração com a University of Nottingham descobriu esse novo gene regulador (chamado de bHLH121) que permite que as raízes do milho adquiram mais água e nutrientes. As descobertas foram publicadas na revista Proceedings of the National Academy of Science.
O gene controla a formação de espaços de ar entre os tecidos radiculares vivos (denominado aerênquima cortical radicular). A substituição de uma grande porcentagem de células radiculares por espaços de ar economiza para a planta muita energia que, de outra forma, é necessária para alimentar todas essas células radiculares. Isso torna as raízes metabolicamente mais eficientes, permitindo que elas usem os recursos economizados para construir mais raízes e explorar o solo com mais eficiência e capturar mais água e nutrientes.
Esta descoberta pode levar à criação de cultivares que podem resistir à seca e às condições do solo com baixo teor de nitrogênio e, finalmente, aliviar a insegurança alimentar global, sugerem os pesquisadores.
Rahul Bhosale, professor assistente de genômica funcional da cultura da Escola de Biociências da Universidade de Nottingham e BBSRC Discovery Fellow, disse: “Identificar esse gene e como ele funciona nos permitirá criar cultivares mais resistentes que podem suportar condições de estresse hídrico e nutricional que são resultados da mudança climática global”.
A equipe de pesquisa usou poderosas ferramentas de imagem desenvolvidas em pesquisas anteriores na Penn State que mediram rapidamente as células em milhares de raízes. Uma técnica de imagem chamada tomografia por ablação a laser foi fundamental para essa abordagem. Essa abordagem de última geração também está disponível na Universidade de Nottingham por meio do BBSRC Alert Funding e do apoio de parceiros dos EUA.
Hannah Schneider, Professora Assistente de Fisiologia de Culturas na Wageningen University & Research, Holanda, disse: “Primeiro realizamos os experimentos de campo que entraram neste estudo a partir de 2010, cultivando mais de 500 linhagens de milho em locais na Pensilvânia, Arizona, Wisconsin e Sul África”, disse ela. “Eu trabalhei em todos esses locais. Vimos evidências convincentes de que havíamos localizado um gene associado ao aerênquima cortical da raiz.
Esta pesquisa revelou que as linhagens de milho mutantes sem o gene bHLH121 apresentaram formação reduzida de espaço aéreo radicular. Em contraste, a superexpressão de bHLH121 causou mais formação de espaço aéreo.
A caracterização dessas linhagens sob disponibilidade de água e nitrogênio abaixo do ideal em vários locais revelou que o gene bHLH121 é necessário para a formação do espaço aéreo da raiz e fornece uma nova ferramenta para os melhoristas vegetais selecionarem variedades com melhor exploração do solo e, portanto, rendimento, sob condições abaixo do ideal.
O professor Jonathan Lynch, que liderou a pesquisa na Penn State, comentou: “Essas descobertas são o resultado de muitas pessoas na Penn State e além da colaboração conosco, trabalhando por muitos anos”, disse ele. “Descobrimos a função do traço do aerênquima e, em seguida, o gene associado a ele, e surgiu por causa de tecnologias que foram desenvolvidas aqui na Penn State, como Shovelomics - desenterrando raízes no campo - Laser Ablation Tomography and Anatomics Oleoduto. Juntamos tudo isso neste trabalho.”
Os resultados são significativos, continuou Lynch, porque encontrar um gene por trás de uma característica importante que vai ajudar as plantas a terem uma melhor tolerância à seca e uma melhor captura de nitrogênio e fósforo é algo importante diante das mudanças climáticas.
“Essas são qualidades super importantes – tanto aqui nos EUA quanto em todo o mundo”, disse ele. “As secas são o maior risco para os produtores de milho e estão piorando com as mudanças climáticas, e o nitrogênio é o maior custo do cultivo de milho, tanto do ponto de vista financeiro quanto ambiental. A criação de linhagens de milho mais eficientes na busca pelo nutriente seria um grande desenvolvimento.”
O Departamento de Energia dos EUA, a Fundação Howard G Buffett e o Instituto Nacional de Alimentos e Agricultura do Departamento de Agricultura dos EUA apoiaram esta pesquisa.
