Cientistas da Universidade da Califórnia descobriram dados genéticos que ajudarão culturas alimentares como tomate e arroz a sobreviverem a períodos de seca mais longos e intensos no nosso planeta em aquecimento.
Ao longo da última década, a equipa de investigação procurou criar um atlas molecular de raízes de culturas, onde as plantas detectam pela primeira vez os efeitos da seca e outras ameaças ambientais. Ao fazê-lo, descobriram genes que os cientistas podem utilizar para proteger as plantas destes stresses. Seu trabalho, publicado em 20 de maio na revista Célula, alcançou um alto grau de compreensão das funções das raízes porque combinou dados genéticos de diferentes células de raízes de tomate cultivadas dentro e fora de casa.
“Frequentemente, os pesquisadores fazem experimentos em laboratório e em estufas, mas os agricultores cultivam coisas no campo, e esses dados também analisam amostras de campo”, disse Neelima Sinha, professora de biologia vegetal da UC Davis e coautora do artigo. Os dados produziram informações sobre genes que dizem à planta para produzir três coisas importantes.
O xilema são vasos ocos em forma de tubo que transportam água e nutrientes desde as raízes até os brotos. Sem transporte no xilema, a planta não consegue criar seu próprio alimento por meio da fotossíntese. “O Xylem é muito importante para proteger as plantas contra a seca, bem como contra o sal e outros estresses”, disse a principal autora do estudo, Siobhan Brady, professora de biologia vegetal na UC Davis.
Por sua vez, sem o transporte mineral das plantas no xilema, os humanos e outros animais teriam menos vitaminas e nutrientes essenciais para a nossa sobrevivência. Além de alguns jogadores típicos necessários para formar o xilema, foram encontrados genes novos e surpreendentes.
O segundo conjunto chave de genes são aqueles que direcionam uma camada externa da raiz para produzir lignina e suberina. A suberina é a substância chave da cortiça e envolve as células vegetais numa camada espessa, retendo a água durante a seca. Culturas como tomate e arroz contêm suberina nas raízes. Os frutos da maçã contêm suberina ao redor de suas células externas. Onde quer que ocorra, evita que a planta perca água. A lignina também impermeabiliza as células e fornece suporte mecânico.
“A suberina e a lignina são formas naturais de proteção contra a seca, e agora que os genes que as codificam nesta camada muito específica de células foram identificados, esses compostos podem ser melhorados”, disse a coautora do estudo Julia Bailey-Serres, pesquisadora da UC. Professor de genética de Riverside. “Estou entusiasmado por termos aprendido muito sobre os genes que regulam esta camada de barreira à umidade. É muito importante poder melhorar a tolerância das culturas à seca”, disse ela.
Os genes que codificam o meristema da raiz de uma planta também se revelaram notavelmente semelhantes entre o tomate, o arroz e a Arabidopsis, uma planta modelo semelhante a uma erva daninha. O meristema é a ponta crescente de cada raiz e é a fonte de todas as células que a constituem.
“É a região que vai formar o resto da raiz e serve como nicho de células-tronco”, disse Bailey-Serres. “Isso determina as propriedades das próprias raízes, como o tamanho delas. Ter conhecimento disso pode nos ajudar a desenvolver melhores sistemas radiculares.”
Brady explicou que quando os agricultores estão interessados numa determinada cultura, selecionam plantas que tenham características que possam ver, como frutos maiores e mais atrativos. Muito mais difícil é para os criadores selecionar plantas com propriedades subterrâneas que eles não podem ver.
“A 'metade oculta' de uma planta, abaixo do solo, é fundamental para os criadores considerarem se desejam cultivar uma planta com sucesso”, disse Brady. “Ser capaz de modificar o meristema das raízes de uma planta nos ajudará a desenvolver culturas com propriedades mais desejáveis.”
Embora este estudo tenha analisado apenas três plantas, a equipe acredita que as descobertas podem ser aplicadas de forma mais ampla. “O tomate e o arroz estão separados por mais de 125 milhões de anos de evolução, mas ainda vemos semelhanças entre os genes que controlam as principais características”, disse Bailey-Serres. “É provável que estas semelhanças também sejam verdadeiras para outras culturas.”